15 November 2018, Thursday
Редактор перевода
Маргарита Середенко
Статьи Wikiyours - это англоязычные статьи, переведённые на русский язык. Любой, кто владеет английским языком может стать обладателем своей собственной статьи и заработать деньги на её переводе. Соединим приятное с полезным!
Для перевода выберите статью.
Для перевода статьи
выберите категорию
Предложить изменения

Инфекция

Содержание
  1. Что такое инфекция?
  2. Классификация инфекций
  3. Признаки и симптомы инфекции
  4. Инфекционный процесс
  5. Диагностика инфекционных заболеваний
  6. Предотвращение инфекционных заболеваний
  7. Лечение инфекционных болезней
  8. Эпидемиология инфекционных болезней
  9. История изучения инфекционных болезней
  10. Роль внешней среды в инфекционном процессе
  11. Следы инфекций на окаменелостях динозавров

Что такое инфекция?

Инфекция - это инвазия (вторжение) в ткани организма болезнетворных агентов, их размножение и реакция тканей-хозяев на эти организмы и токсины, которые они выделяют. Инфекционное заболевание, также известное как заразная болезнь, является болезнью в результате инфекции.

Инфекции вызваны инфекционными агентами, такими как вирусы, вироиды, прионы, бактерии, нематоды, например паразитические круглые черви и острицы, членистоногие (иксодовые и пылевые клещи, блохи, и вши), грибы, такие как стригущий лишай и другие макропаразиты - ленточные черви и другие гельминты.

Хозяева могут бороться с инфекциями, используя свою иммунную систему. Хозяева-млекопитающие реагируют на инфекции с помощью врожденной реакции, часто сопровождающейся воспалением, за которым следует адаптивный ответ.

Конкретные препараты, используемые для лечения инфекций, включают антибиотики, противовирусные, противогрибковые, антипротозойные и противоглистные. Инфекционные заболевания привели к 9,2 миллиона случаев смерти в 2013 г. (около 17% всех случаев смерти). Отрасль медицины, которая специализируется на инфекции, называется инфектологией.

Классификация инфекций

Субклиническая форма инфекции

Симптоматические инфекции являются очевидными и клинически выраженными, в то время как инфекцию, которая активна, но не вызывает заметных симптомов, можно назвать инаппарентной, бесшумной, субклинической или неявной. Инфекция, которая является неактивной или в состоянии покоя, называется скрытой. Примером скрытой бактериальной инфекции является латентный туберкулез. Некоторые вирусные инфекции также могут быть латентными, примеры скрытых вирусных инфекций -  любые инфекции, вызываемые вирусами семейства Herpesviridae.

Слово инфекция может обозначать любое присутствие конкретного возбудителя вообще (независимо от его количества), но и часто используется в более узком смысле, подразумевая клинически очевидную инфекцию (другими словами, случай инфекционного заболевания). Этот факт иногда создает некоторую двусмысленность или вызывает дискуссии об использовании терминологии. Чтобы избежать разногласий, для специалистов в области здравоохранения принято говорить о колонизации (а не об инфекции), когда они имеют в виду, что патогены присутствуют, но нет клинически очевидной инфекции (заболевания).

Краткосрочная инфекция является острой инфекцией. Долгосрочная инфекция - это хроническая инфекция. Инфекции могут быть дополнительно классифицированы по возбудителю (бактериальные, вирусные, грибковые, паразитарные), а также по наличию или отсутствию системных симптомов (сепсис).

Первичные и оппортунистические инфекции

Среди многочисленных разновидностей микроорганизмов, относительно небольшое число их вызывает заболевания у здоровых лиц. Инфекционные болезни - это результат взаимодействия между этими несколькими патогенами и иммунной защитой хозяев, которых они инфицируют. Внешний вид и тяжесть заболевания в результате воздействия любого патогена, зависит от способности этого патогена к повреждению организма-хозяина, а также способности хозяина противостоять патогену. Однако иммунная система хозяина также может привести к повреждению самого хозяина в попытке контролировать инфекцию. Поэтому клиницисты классифицируют инфекционные микроорганизмы или микробы в соответствии со статусом защитных сил организма - либо в качестве первичных патогенов, либо оппортунистических патогенов:

Первичные патогены

Первичные патогены вызывают заболевания в результате их присутствия или деятельности в пределах нормального, здорового организма-хозяина, и их собственная вирулентность (тяжесть болезни, которую они вызывают) является, в частности, закономерным следствием их необходимости воспроизводиться и распространяться. Многие из наиболее распространенных первичных возбудителей человеческих заболеваний  инфицируют только людей, однако многие серьезные заболевания вызываются организмами, приобретенными из окружающей среды или от животных-хозяев.

Условно-патогенные микроорганизмы

Условно-патогенные микроорганизмы могут вызвать инфекционное заболевание у хозяина со сниженной сопротивляемостью организма (иммунодефицит), или если они имеют необычный доступ к внутренней части тела (например, через травмы). Условно-патогенные инфекции могут быть вызваны микроорганизмами, которые в норме сосуществуют с принимающей стороной, например патогенные бактерии или грибы в желудочно-кишечном тракте или верхних дыхательных путях, и они могут также быть результатом проникновения обычно безобидных микробов, полученных от других хозяев (как псевдомембранозный энтероколит, вызванный Clostridium difficile) или из окружающей среды в результате травматического попадания (как при хирургических раневых инфекцях или сложных переломах). Развитие оппортунистического заболевания требует ухудшения защитных сил организма, которое может произойти в результате генетических дефектов (таких как хроническая гранулематозная болезнь), воздействия антибактериальных препаратов или иммуносупрессивных химических веществ (как это может произойти после отравления или химиотерапии рака), воздействия ионизирующей радиации, или в результате инфекционного заболевания с иммуносупрессивной активностью (например,  корь, малярия или ВИЧ-инфекция). Первичные патогены могут также вызвать более серьезные заболевания у хозяина со сниженной резистентостью организма, чем это обычно происходит у  хозяина с нормальным состоянием иммунитета.

Первичная инфекция по сравнению с вторичной инфекцией

Первичная инфекция - это инфекция, которая является или клинически рассматривается как основная причина текущей проблемы со здоровьем. В противоположность этому, вторичная инфекция является последствием или осложнением основной причины. Например, туберкулез легких часто является первичной инфекцией, но инфекция, которая развилась только потому, что ожог или проникающие травмы (первопричины) обеспечили необычный доступ инфекционного агента к глубоким тканям, является вторичной инфекцей. Первичные патогены часто вызывают первичную инфекцию, а также часто вызывают вторичную инфекцию. Обычно оппортунистические инфекции рассматриваются как вторичные инфекции (из-за травмы или иммунодефицита, которые стали предрасполагающим фактором).

Понятие инфекционности

Один из способов доказать то, что данное заболевание является "инфекционным" - проверить на соответствие постулатам Коха (впервые предложены Робертом Кохом), которые требуют, чтобы возбудитель был идентифицирован только у пациентов, а не у здоровых людей, и что у пациентов, которые контактируют с агентом-возбудителем, также развивается болезнь. Эти постулаты были впервые использованы в открытии того факта, что микобактерии вызывают туберкулез. Постулаты Коха не могут быть применены с этической точки зрения для многих заболеваний человека, поскольку они требуют экспериментальной инфекции у здорового человека с патогеном, образующегося в чистой культуре. Часто, даже явно инфекционные заболевания не отвечают инфекционным критериям. Например, Treponema pallidum, бледная спирохета, возбудитель сифилиса, не может культивироваться в пробирке - однако их можно культивировать в ткани кроличьих семенников. Это менее очевидно, когда чистая культура происходит от животного-хозяина, чем когда происходит от микробов, полученных из  культуры в чашке Петри. Эпидемиология является еще одним важным инструментом, используемым для изучения болезни в популяции. В случае инфекционных заболеваний, она помогает определить, носит ли вспышка заболевания  случайный характер (случайное появление), эндемичные (регулярные случаи, часто встречающихся в регионе), эпидемии (необычно высокое число случаев в регионе) или пандемии (глобальной эпидемии).

Заразность инфекционных болезней

Инфекционные заболевания иногда называют заразной болезнью, когда они легко передаются при контакте с больным человеком или их выделениями (например, грипп). Таким образом, заразное заболевание является подмножеством инфекционных заболеваний из числа тех, что легко передаются. Другие виды инфекционных / трансмиссивных заболеваний с более специализированными путями заражения, такие как векторы передачи или передача инфекции половым путем, как правило, не рассматривается как "заразная", и часто не требуют медицинской изоляции (иногда  вольно называемой карантином) заболевших. Тем не менее, специализированная коннотация слова "заразный" и "заразная болезнь" (болезнь с высокой вероятностью передачи) не всегда соблюдается в повседневном использовании.

Виды инфекций по анатомическому расположению

Инфекции могут быть классифицированы по анатомическому расположению органа или системы органов, подвергающихся инфицированию, в том числе:

  •  Инфекции мочевыводящих путей 
  •  Инфекции кожи 
  •  Инфекции дыхательных путей 
  •  Одонтогенные инфекции (инфекции, которые берут свое начало в зубах или соседних с ними тканях) 
  •  Вагинальные инфекции 
  •  Интраамниотические инфекции

Кроме того, места воспаления, где инфекция является наиболее распространенной причиной, относятся легкие, оболочки головного мозга и фаллопиевы трубы (пневмония, менингит и сальпингит соответственно).

Признаки и симптомы инфекции

Симптомы инфекции зависят от типа заболевания. Некоторые признаки инфекции влияют на весь организм в целом, такие как усталость, потеря аппетита, потеря веса, лихорадка, ночная потливость, озноб и боли. Другие являются специфическими для отдельных частей тела, например, кожная сыпь, кашель или насморк.

В некоторых случаях, инфекционные заболевания могут протекать бессимптомно на протяжении большей части или даже всего времени болезни у данного хозяина. В последнем случае болезнь может быть определена только как "болезнь" (которая по определению означает заболевание) у хозяев, которые вторично заболели после контакта с бессимптомным носителем. Инфекция не является синонимом инфекционных заболеваний, так как некоторые инфекции не вызывают заболевания у хозяина.

Бактериальная или вирусная инфекция

Бактериальные и вирусные инфекции могут вызывать одни и те же типы симптомов. Их может быть трудно отличить в случае конкретной инфекции, но очень важно различать, так как вирусные инфекции не могут быть вылечены с помощью антибиотиков.

Инфекционный процесс

Существует общая цепь событий, которая приводит к инфекциям. Цепь событий состоит из нескольких этапов, которые включают инфекционного агента, резервуар, заражение восприимчивого хозяина, выход и передачу новым хозяевам. Для развития инфекции каждый из звеньев должен присутствовать в хронологическом порядке. Понимание этих этапов помогает работникам здравоохранения определить инфекцию и, в первую очередь, предотвратить её возникновение.

Микробная колонизация 

Инфекция начинается тогда, когда микроорганизм успешно проникает в организм хозяина, растет и размножается. Это называется колонизация. Большинство людей не так легко заразить. Те, кто слаб, болен, недоедают, имеют рак или диабет, имеют повышенную восприимчивость к хроническим или персистирующим инфекциям. Лица с угнетенной иммунной системой особенно восприимчивы к оппортунистическим инфекциям. Заражение хозяина в паре хозяин-патоген, как правило, происходит через слизистую оболочку естественных отверстий (полости рта, носа, глаз, половых органов, ануса) или микроб может проникнуть через открытые раны. Хотя некоторые организмы могут расти в первичном участке проникновения, многие мигрируют и вызывают системные инфекции в различных органах. Некоторые патогенные микроорганизмы живут в клетках-хозяевах (внутриклеточно), тогда как другие свободно растут в жидкостях организма.

Рановая колонизация относится к нереплицирующимся микроорганизмам внутри раны, в то время как в инфицированных ранах  микроорганизмы размножаются и повреждают ткани. Все многоклеточные организмы колонизированы до некоторой степени внешними организмами, и подавляющее большинство из них существуют в мутуалистических или комменсантных отношениях с хозяином. Примером первого является вид анаэробных бактерий, которые колонизируют толстый кишечник у млекопитающих, а примером последнего - различные виды стафилококков, которые существуют на коже человека. Ни один из этих видов колонизаций не считаются инфекцией. Разница между инфекцией и колонизацией часто является лишь вопросом обстоятельств. Непатогенные организмы могут стать патогенными в определенных условиях, и даже самый вирулентный микроорганизм требует определенных обстоятельств, чтобы вызвать опасную инфекцию. Некоторые  бактерии-колонизаторы, такие как Corynebacteria sp. и Streptococcus viridans, предотвращают адгезию и колонизацию патогенных бактерий и, следовательно, имеют симбиотические отношения с хозяином,  обеспечивая профилактику инфекций и ускорение заживления ран.

Факторы, которые влияют на заражение хозяина патогеном и, соответственно, на конечный результат, включают в себя:

  •  пути проникновения возбудителя и доступа к тканям организма хозяина 
  •  собственная вирулентность конкретного микроорганизма 
  •  количество или нагрузка исходного биологического материала 
  •  иммунный статус хозяина, которого колонизуют

В качестве примера можно привести несколько видов стафилококков, которые остаются безвредными на коже, но, когда они присутствуют в стерильном в норме пространстве, например, в капсуле сустава или брюшине, то размножаются без сопротивления и причиняют вред.

Интересный факт, что газовая хроматография-масс-спектрометрия, анализ 16S рРНК, omics (геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика и биоинформатика) и другие передовые технологии сделали более очевидными для людей в последние десятилетия  то, что микробная колонизация является очень распространенным явлением даже в условиях, ранее считавшихся почти стерильными. Из-за того, что  иметь бактериальную колонизацию нормально, трудно понять, какие именно хронические раны могут быть классифицированы как зараженные и какой риск прогрессирования существует. Несмотря на огромное количество ран, виденных в клинической практике, имеются ограниченные данные для оцениваемых симптомов и признаков. Обзор хронических ран в журнале Американской медицинской ассоциации "Rational Clinical Examination Series"  отмечает важность усиления боли как показателя инфекции. Анализ показал, что наиболее полезным ориентиром является увеличение уровня боли [коэффициент вероятности (LR) диапазон, 11-20], что гораздо чаще означает инфекцию, но отсутствие боли (отрицательный коэффициент вероятности, диапазон 0.64-0.88) не исключает инфекции (суммарно LR 0.64-0.88).

Возникновение инфекционного заболевания

Заболевание может возникнуть, если защитные иммунные механизмы хозяина подвергаются риску и организм наносит урон хозяину. Микроорганизмы могут вызвать повреждение тканей, выпуская различные токсины или разрушающие ферменты. Например, Clostridium tetani (возбудитель столбняка) выпускает токсин, который парализует мышцы, а стафилококки производят токсины, которые становятся причиной шока и сепсиса. Не все инфекционные агенты вызывают заболевания у всех хозяев. Например, менее чем у 5% людей, инфицированных вирусом полиомиелита, развивается болезнь. С другой стороны, некоторые инфекционные агенты являются высоковирулентными. Прион, который вызывает коровье бешенство и болезнь Крейтцфельда-Якоба, неизменно убивает всех животных и людей, которые были заражены.

Стойкие (персистирующие) инфекции случаются потому, что организм не в состоянии очиститься после первичной инфекции. Стойкие инфекции характеризуются постоянным присутствием инфекционного организма, часто в качестве латентной инфекции со случайными повторными рецидивами активной инфекции. Есть некоторые вирусы, которые могут поддерживать хроническую инфекцию, заражая различные клетки организма. Некоторые вирусы, однажды приобретенные, никогда не покидают тело. Типичным примером является вирус герпеса, который, как правило, скрываются в нервной ткани и активируется ​​при возникновении особых обстоятельств.

Стойкие инфекции вызывают миллионы смертей в мире ежегодно. Хронические инфекции, вызванные паразитами, объясняют высокую заболеваемость и смертность во многих слаборазвитых странах.

Как может передаваться инфекция?

Для заражения организмов, чтобы выжить и повторить цикл инфекции у других хозяев, они (или их потомство) должны оставить существующий резервуар и вызвать инфекцию в другом месте. Передача инфекции может происходить через много потенциальных маршрутов:

  •  Воздушно-капельный механизм передачи, также известный как респираторный. Если зараженный человек кашляет или чихает на другого человека, то микроорганизмы, взвешенные в теплых, влажных каплях, могут попасть в организм через поверхности слизистых оболочек носа, рта или глаз. 
  •  Фекально-оральный путь передачи, в котором пищевые продукты или вода загрязняются (люди не моют руки перед приготовлением пищи или сливают неочищенные сточные воды в зоны питьевого водоснабжения) и люди, которые их употребляют, заражаются. Патогены с фекально-оральным механизмом передачи включают холерный вибрион, различные виды лямблий, ротавирусы, дизентерийную амёбу, кишечную палочку, и ленточных червей. Большинство из этих патогенов вызывают гастроэнтерит. 
  •  Передача половым путем, которая приводит к развитию заболеваний, передающихся половым путем 
  •  Оральный механизм передачи. Болезнями, которые передаются в первую очередь орально, можно заразиться через прямой оральный контакт, например, поцелуи, или путем непрямого контакта, например, путем совместного использования питьевого стакана или сигареты. 
  •  Передача путем прямого контакта. Болезни, которые передаются при непосредственном контакте включают микоз ("нога спортсмена"), импетиго и бородавки 
  •  Вертикальная передача, непосредственно от матери к эмбриону, плоду или ребенку во время беременности или родов. Это может произойти, когда мать получает инфекцию как интеркуррентное заболевание во время беременности. 
  •  Ятрогенный механизм передачи происходит из-за медицинских процедур, таких как инъекции или трансплантации инфицированного материала. 
  •  Трансмиссивный или векторный механизм передачи, включает в себя вектор - организм, который не вызывает болезни сам по себе, но передает инфекцию путем переноса патогенных микроорганизмов от одного хозяина к другому.

Отношения между вирулентностью и заразностью являются сложными; если болезнь быстро развивается и  приводит к смертельному исходу, хозяин может умереть до того, как микроб будет передан другому хозяину.

Диагностика инфекционных заболеваний

Диагностика инфекционных заболеваний иногда предполагает выявление инфекционных агентов, прямо или косвенно. На практике  незначительные инфекционные заболевания, такие как бородавки, кожные абсцессы, системные инфекции дыхательных путей и желудочно-кишечные заболевания диагностируются при помощи их клинических проявлений и лечатся без знания конкретного возбудителя. Выводы о причинах заболевания основаны на вероятности того, что пациент контактировал с конкретным агентом, наличием микроба в обществе, а также других эпидемиологических соображений. При наличии достаточных усилий, все известные инфекционные агенты могут быть идентифицированы. Преимущества идентификации, однако, часто значительно уступают стоимости, так как чаще всего не существует специфического лечения, причина является очевидной или исход заболевания благоприятный.

Диагностика инфекционных заболеваний почти всегда начинается с изучения истории болезни и физического осмотра. Более подробные методы идентификации включают посев культуры инфекционных агентов, выделенных из организма пациента. Культура позволяет идентифицировать инфекционные организмы, изучая их микроскопические особенности, путем обнаружения присутствия веществ, продуцируемых патогенами, а также путем непосредственной идентификации организма и  его генотипа. Другие методы (рентгеновские лучи, компьютерная томография, ПЭТ или ЯМРТ) используются для получения изображения внутренних аномалий в результате роста инфекционного агента. Изображения могут быть использованы в обнаружении, например, костных абсцессов или губчатой ​​энцефалопатии, вызываемой прионами.

Обнаружение симптомов инфекционного заболевания

Диагностика облегчается с помощью обнаружения симптомов у любого человека с инфекционным заболеванием, но это, как правило, нуждается в дополнительных диагностических методах для подтверждения подозрений. Некоторые признаки являются специфическими  и называются патогномоничными; но они редки. Не все инфекции являются симптоматическими.

У детей  цианоз, учащенное дыхание, плохая периферическая перфузия или петехиальная сыпь увеличивает риск серьезной инфекции более чем в 5 раз. Другие важные показатели включают беспокойство родителей, клиническое чутье, и температуру выше 40 ° C.

Микробиологическая диагностика

Микробиологическая культура является основным инструментом, используемым для диагностики инфекционных заболеваний. В микробной культуре ростовая среда предназначена для конкретного агента. Проба, взятая из потенциально патологической ткани или жидкости, затем проверяется на наличие инфекционного агента, способного расти в этой среде. Большинство патогенных бактерий легко выращиваются на питательном агаре, форме твердой среды, которая поставляет углеводы и белки, необходимые для роста бактерий, наряду с большим количеством воды. Одна бактерия будет расти в видимый холм на поверхности питательной среды, так называемую колонию, которая может быть отделена от других колоний или сливались вместе в "газон". Размер, цвет, края и форма колонии характерны для определенных видов бактерий, так же как её специфический генетический состав (штамм), и среда, которая поддерживает её рост. Другие ингредиенты часто добавляют к питательной среде, чтобы помочь в идентификации. Среды могут содержать вещества, которые позволяют расти некоторым бактериям, угнетая рост других, или которые меняют цвет в ответ на жизнедеятельность определенных бактерий. Такие бактериологические среды  обычно используются в клинической идентификации инфекционных бактерий. Микробные культуры могут быть также использованы в идентификации вирусов: средой в этом случае являются клетки, выращенные в культуре, которые вирус может инфицировать, а затем изменить или убить. В случае вирусной идентификации, область мертвых клеток образуется  от вирусного роста, и называется "налет". Эукариотические паразиты также можно выращивать в культуре в качестве средства идентификации конкретного агента.

При отсутствии подходящих технологий культурных сред, некоторые микробы можно культивировать внутри живых животных. Бактерии, такие как микобактерии лепры и бледной трепонемы можно выращивать у животных, хотя серологические и микроскопические методы делают использование живых животных ненужным. Вирусы также обычно идентифицируют с использованием альтернатив роста в культуре или в  животных. Некоторые вирусы могут быть выращены в яйцах с эмбрионами. Другой полезный метод идентификации  - ксенодиагностика, или использование вектора для поддержания роста инфекционного агента. Болезнь Шагаса является наиболее важным примером, так как трудно непосредственно продемонстрировать наличие возбудителя, Trypanosoma cruzi  у пациента, что, следовательно, затрудняет окончательную поставку диагноза. В этом случае ксенодиагностика предполагает использование вектора агента Шагаса  Т. cruzi, неинфицированных триатомовых клопов, которые питаются кровью потенциально зараженного. Клещи впоследствии проверяются на предмет роста T.cruzi в его кишечнике.

Микроскопия - это...

Другим основным инструментом в диагностике инфекционных заболеваний  является микроскопия. Практически все методы культуры, обсуждаемые выше, в какой-то момент нуждаются в микроскопическом исследовании для окончательной идентификации инфекционного агента. Микроскопия может быть осуществлена с помощью простых инструментов, таких, как световой микроскоп, или с помощью сложных приборов типа электронного микроскопа. Образцы, полученные от пациентов, можно рассматривать непосредственно под световым микроскопом, что часто быстро приводит к идентификации. Микроскопия также часто используется в сочетании с биохимическими методами окрашивания, и  может показать высокоспецифичные результаты при использовании в сочетании с методиками, основанными на окрашивании антител. Например, использование антител с искусственной флуоресценцией (флуоресцентно меченые антитела) может быть направлено на связывание и идентификацию специфических антигенов, присутствующих на поверхности патогена.  Затем используется флюоресцентный микроскоп для обнаружения флуоресцентно меченых антител, связанных с усвоенным антигеном в клинических образцах или культивируемых клетках. Этот метод особенно полезен при диагностике вирусных заболеваний, где световой микроскоп не способен  непосредственно идентифицировать вирус.

Другие микроскопические процедуры также могут  помочь в выявлении инфекционных агентов. Почти все клетки легко окрашиваются рядом основных красителей из-за электростатического притяжения между отрицательно заряженными клеточными молекулами и положительным зарядом на красителе. Клетка, как правило, прозрачная под микроскопом, и использование красящего вещества увеличивает контрастность клетки с её фоном. Окрашивание клетки красителем, таким как Гимза или кристаллический фиолетовый позволяет микроскописту описать её размер, форму, внутренние и внешние компоненты, и её ассоциации с другими клетками. Реакция бактерий на различные процедуры окрашивания используется в таксономической классификации микробов. Также два метода, окрашивание по Граму и Цилю-Нильсену, являются стандартными исследованиями, используемыми для классификации бактерий и для диагностики заболевания. Окрашивание по Граму выявляет группы бактерий Firmicutes и Actinobacteria, оба из которых содержат много важных человеческих патогенов. Процедура окрашивания по Цилю-Нильсену идентифицирует актинобактерии  родов Mycobacterium и Nocardia.

Биохимические тесты

Биохимические тесты, используемые в идентификации инфекционных агентов, включают обнаружение метаболических или ферментативных продуктов, характерных для конкретного инфекционного агента. Так как бактерии ферментируют углеводы в образцах, характерных для их рода и вида, обнаружение продуктов брожения обычно используется в бактериальной идентификации. Кислоты, спирты и газы в этих тестах обычно обнаруживаются, когда бактерий выращивают в селективной жидкой или твердой средах.

Выделение ферментов из инфицированных тканей также может служить основой биохимической диагностики инфекционных заболеваний. Например, люди не могут производить в организме ни РНК-репликазы, ни обратной транскриптазы, и присутствие этих ферментов характерно для определенных видов вирусных инфекций. Способность вирусного белка гемагглютинина, который связывает красные кровяные клетки вместе в выявляемую матрицу, можно также охарактеризовать как биохимический тест на вирусную инфекцию, хотя, строго говоря, гемагглютинин - не фермент и не несет метаболических функций.

Серологические методы обладают высокой чувствительностью, специфичностью и зачастую  используются для очень быстрой идентификации микроорганизмов. Эти тесты основаны на способности антитела специфически связываться с антигеном. Антиген, обычно белок или углевод из инфекционного агента, связан антителом. Эта связка запускает цепь событий, которые могут быть объективно обнаружены различными способами, в зависимости от теста. Например, "Стрептококковое горло" часто диагностируется в течение нескольких минут, и основан на появлении антигенов, сделанных возбудителем S. pyogenes, который извлекается из горла пациентов  с помощью ватного тампона. Серологические тесты, если таковые имеются, как правило, являются предпочтительным способом идентификации, однако испытания дорогостоящие в разработке и реагенты, используемые в тесте, часто требуют охлаждения. Некоторые серологические методы стоят очень дорого, хотя, в случае широкого использования, например, как со "стрептококковым тестом", они могут быть недорогими.

Сложные серологические методы со временем развились в то, что известно как иммунологический анализ. Для иммуноанализа можно использовать основные связки антитело-антиген в качестве основы для получения электромагнитного сигнала или сигнала лучевых  частиц, который может быть обнаружен с помощью тех или иных измерительных приборов. Сигналы неизвестных связок можно сравнить со стандартными, что позволяет количественно оценивать антигены-мишени. При использовании в диагностике инфекционных заболеваний, иммуноанализ может обнаружить или измерить антигены инфекционных агентов или белки, синтезированные зараженным организмом в ответ на чужеродный агент. Например, иммуноанализ А может обнаружить наличие поверхностного белка из вирусной частицы. Иммуноанализ B с другой стороны, может обнаружить или измерить антитела, вырабатываемые иммунной системой организма, которые сделаны, чтобы нейтрализовать и уничтожить вирус.

Измерительные приборы могут быть использованы для чтения чрезвычайно малых сигналов, созданных с помощью вторичных реакций, связанных со связкой  антитело-антиген. Инструментарий может контролировать отбор проб, использование реагентов, время реакции, обнаружение сигнала, вычисление результатов и управление данными для получения экономически эффективной автоматизации процесса диагностики инфекционных заболеваний.

Молекулярная диагностика

Технологии, основанные на методе полимеразной цепной реакции (ПЦР), станут почти повсеместно золотым стандартом диагностики в ближайшем будущем по нескольким причинам. Во-первых, каталог инфекционных агентов вырос до такой степени, что практически все значительные инфекционные агенты человеческой популяции были идентифицированы. Во-вторых, инфекционный агент должен расти внутри человеческого тела, чтобы вызвать заболевание; по существу, он должен распространить свои собственные нуклеиновые кислоты, чтобы вызвать заболевание. Это увеличение количества нуклеиновой кислоты в инфицированной ткани дает возможность обнаружить инфекционного агента с использованием ПЦР. В-третьих, важные инструменты для направления ПЦР, праймеры, получаются из геномов инфекционных агентов, и со временем эти геномы будут известны.

Таким образом, технологическая возможность обнаружения любого инфекционного агента быстро и конкретно в настоящее время доступна. Единственные оставшиеся препятствия использованию ПЦР в качестве стандартного инструмента диагностики заключаются в её стоимости и сложности, но ни одно из них не является непреодолимым. Диагностика некоторых заболеваний не будет эффективна от разработки методов ПЦР, таких, как некоторые из клостридиальных заболеваний (столбняк и ботулизм). Эти заболевания вызывают биологическое отравление при относительно небольшом числе инфекционных бактерий, которые производят чрезвычайно мощный нейротоксин. Значительного распространения инфекционного агента не возникает, это ограничивает возможности ПЦР для обнаружения присутствия каких-либо бактерий.

Идентификация инфекционного агента

Обычно специфическая идентификация инфекционного агента используется только тогда, когда такая идентификация может помочь в лечении или профилактике заболевания, или расширении знаний о ходе болезни для разработки эффективных терапевтических или профилактических мер. Например, в начале 1980-х годов, до появления АЗТ для лечения СПИДа, течение болезни наблюдалось через контроль состава проб крови пациента, даже если в результате не появятся дополнительные варианты лечения. В частности, эти исследования появления ВИЧ в конкретных общинах позволили выдвинуть гипотезы относительно пути передачи вируса. Понимая, как было передано заболевание, ресурсы могли бы быть направлены на общества с наибольшим риском заражения в кампаниях, направленных на сокращение числа новых случаев инфицирования. Специфическая серологическая диагностическая идентификация, а затем генотипическая или молекулярная идентификация ВИЧ также позволили разработать гипотезы относительно времени и места происхождения вируса, а также множество других гипотез. Разработка молекулярных диагностических инструментов позволила врачам и исследователям контролировать эффективность лечения с антиретровирусными препаратами. Молекулярная диагностика в настоящее время широко используется для выявления ВИЧ-инфекции у здоровых людей задолго до начала заболевания и была использована, чтобы продемонстрировать существование людей, которые генетически устойчивы к ВИЧ-инфекции. Таким образом, хотя до сих пор не существует лекарства от СПИДа, есть большая терапевтическая и прогностическая польза от выявления вируса и мониторинга уровней вируса в крови инфицированных людей, как для пациента, так и для общества в целом.

Предотвращение инфекционных заболеваний

Такие методы, как мытье рук, ношение халатов, и использование масок для лица может помочь предотвратить инфекции, которые передаются от одного человека к другому. Асептика была введена в медицине и хирургии в конце 19-го века и значительно снизила частоту возникновения инфекций, вызванных хирургическим вмешательством. Частое мытье рук остается наиболее важной защитой от распространения нежелательных организмов. Существуют и другие формы профилактики, такие как отказ от использования незаконных наркотиков, использование презервативов, ведение здорового образа жизни со сбалансированной диетой и регулярными физическими упражнениями. Тщательное приготовление пищи, и избегание использования продуктов с закончившимся сроком годности  также имеют важное значение.

Антибактериальные вещества, используемые для предотвращения передачи инфекции включают в себя:

  •  антисептики, которые применяются для живых тканей / кожи 
  •  дезинфицирующие средства, которые уничтожают микроорганизмы, обнаруженные на неживых объектах. 
  •  антибиотики для профилактики (в случае использования для предотвращения заражения), и лечения инфекции. Тем не менее, длительное применение антибиотиков приводит к устойчивости и вероятности развития оппортунистических инфекций, таких как псевдомембранозный энтероколит. Таким образом, избегая использования антибиотиков так долго, насколько это необходимо, можно предотвратить такие инфекционные заболевания.

Один из способов предотвратить или замедлить передачу инфекционных болезней является распознавание различных характеристик разнообразных заболеваний. Некоторые критические характеристики заболевания, которые должны быть оценены, включают вирулентность, расстояние, пройденное зараженным, а также уровень контагиозности. Человеческие штаммы вируса Эбола, например, вывели из строя своих жертв очень быстро и убили их вскоре после этого. В результате, жертвы этого заболевания не имеют возможности путешествовать очень далеко от первоначальной зоны заражения. Кроме того, этот вирус должен распространяться через повреждения кожи или слизистые оболочки, например, глаз. Таким образом, на начальной стадии Эбола не очень заразен, так как его жертвы испытывают только внутреннее кровоизлияние. В результате указанных выше признаков, распространение лихорадки Эбола очень быстрое и, как правило, остается в пределах относительно ограниченной географической области. В отличие от этого, Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) убивает своих жертв очень медленно, атакуя их иммунную систему. В результате, многие из его жертв успели передать вирус другим людям, прежде чем осознали, что они являются носителями болезни. Кроме того, относительно низкая вирулентность позволяет своим жертвам преодолевать большие расстояния, увеличивая вероятность эпидемии.

Другой эффективный способ уменьшить скорость передачи инфекционных заболеваний - изучить влияние малых сообществ. При эпидемии часто существуют обширные взаимодействия внутри узлов или групп инфицированных лиц и другие контакты внутри дискретных узлов восприимчивых особей. Несмотря на низкое взаимодействие между дискретными группами, болезнь может перейти и распространяться в восприимчивой группе с помощью одного или нескольких взаимодействий с зараженным человеком. Таким образом, уровень заболеваемости в малых сообществах может быть несколько снижен, если взаимодействие между отдельными лицами в пределах инфицированных узлов устранены (Рисунок 1). Тем не менее, уровень заболеваемости может быть значительно уменьшен, если основной акцент делается на предотвращении передачи между сообществами. Использование программ обмена игл в районах с высокой плотностью потребителей наркотиков с ВИЧ является примером успешной реализации этого метода лечения. [6] Другим примером является использование кольцевого забоя или вакцинация потенциально подверженного скота в соседних хозяйствах, чтобы предотвратить распространение вируса ящура в 2001 году.

Общим методом для предотвращения передачи трансмиссивных патогенных микроорганизмов является борьба с вредителями.

Как организм борется с инфекцией?

Иммунная устойчивость к инфекционным заболеванием

Заражение большинством возбудителей не приводит к смерти хозяина, и вызвавший раздражение организм в конечном счете уничтожается, после того, как симптомы болезни ослабнут. Этот процесс требует, чтобы иммунные механизмы могли убить или инактивировать иммуноактивный патоген. Специфический приобретенный иммунитет против инфекционных заболеваний может быть опосредован антителами и / или Т-лимфоцитами. Иммунитет, опосредованный этими двумя факторами, может проявляться:

  •  прямым воздействием на возбудителя, такие как антитело-инициированный комплемент-зависимый бактериолиз, опсонизация, фагоцитоз и убийство, как это имеет место для некоторых бактерий, 
  •  нейтрализацией вирусов, так что эти организмы не могут проникать в клетки, 
  •  или Т-лимфоцитами, которые будут убивать клетку, в которой паразитирует микроорганизм.

Реакция иммунной системы микроорганизма часто вызывает такие симптомы, как высокая температура и воспаление, и может быть более разрушительной, чем прямой ущерб, причиненный микробами.

Устойчивость к инфекции (иммунитет), может быть получена после болезни, при бессимптомном носительстве возбудителя, путем контакта организма с аналогичной структурой (перекрестная реакция), или с помощью вакцинации. Знание защитных антигенов и специфических приобретенных хозяином иммунных факторов, более полно для первичных патогенов, чем для оппортунистических патогенов. Существует также явление популяционного иммунитета, который предлагает определенную защиту для уязвимых групп населения в случае, когда достаточно большая часть населения приобрела иммунитет от определенных инфекций.

Иммунная устойчивость к инфекционным заболеваниям требует критического уровня антиген-специфических антител и / или Т-клеткок, когда хозяин сталкивается с патогеном. У некоторых людей в сыворотке крови вырабатываются естественные антитела к поверхностным полисахаридам некоторых агентов, хотя они имели незначительный или вообще никакого контакта с агентом; эти природные антитела обеспечивают особую защиту взрослым и пассивно передается новорожденным.

Как генетика влияет на устойчивость организма к инфекциям?

Клиренс патогенных микроорганизмов, либо вызванный лечением, либо спонтанный, может возникнуть под влиянием генетических вариантов, что наблюдается у отдельных пациентов. Например, для генотипа 1 гепатита С, обрабатываемого пегилированным интерфероном-альфа-2а или пегилированным интерфероном-альфа-2b (торговые марки Пегасис или PEG-Интрон) в сочетании с рибавирином, было показано, что генетический полиморфизм вблизи IL28B человеческого гена, кодирующий интерферон лямбда-3, связан с существенными различиями в вызванном лечением клиренсе вирусе. Это открытие, первоначально публиковавшееся в Nature, показали, что пациенты с 1 генотипом гепатита С, несущие определенный генетический вариант аллели вблизи гена IL28B больше подвержены достижению устойчивого вирусологического ответа после лечения, чем другие. Позже отчет от Nature показал, что одни и те же генетические варианты также связаны с естественным клиренсом вируса гепатита С генотипа 1 .

Лечение инфекционных болезней

Когда инфекция атакует организм, антибактериальные препараты могут подавлять инфекцию. В зависимости от типа целевого организма, существует несколько видов противоинфекционных препаратов; они включают в себя антибактериальные (антибиотики, в том числе противотуберкулезные), противовирусные, противогрибковые и противопаразитарные (включая антипротозойные и антигельминтозные) агенты. В зависимости от серьезности и типа инфекции, антибиотик может назначаться внутрь или в виде инъекций, или может быть применен местно. Тяжелые инфекции мозга обычно лечат с внутривенными антибиотиками. Иногда несколько антибиотиков используются в случае, если есть устойчивость к одному антибиотику. Антибиотики работают только на бактерий и не влияют на вирусы. Антибиотики работают, замедляя размножение бактерий или убивая их. Наиболее распространенные классы антибиотиков, используемых в медицине, включают пенициллин, цефалоспорины, аминогликозиды, макролиды, хинолоны и тетрациклины.

Не все инфекции требуют лечения; для многих самоограничивающихся инфекций лечение может вызвать больше побочных эффектов, чем пользы. Антимикробное стратегическое управление сводится к  концепции, что медицинские работники должны лечить инфекцию антибактериальным средством, которое специфично для целевого патогена в течение кратчайшего периода времени и лечить только тогда, когда известно наверняка или обоснованно подозревается патогенный микроорганизм, который будет реагировать на лекарства.

Эпидемиология инфекционных болезней

В 2010 году около 10 миллионов человек умерли от инфекционных заболеваний.

Всемирная организация здравоохранения собирает информацию о смертях во всем мире по Международной классификации болезней (МКБ)с помощью  кодов категорий. В следующей таблице перечислены самые распространенные инфекционные заболевания по количеству смертей в 2002 г. Данные за 1993 г. включены для сравнения.

Три верхних одиночных  агента - заболевания ВИЧ / СПИД, туберкулез и малярия. В то время как число смертей в результате почти каждого заболевания снизились, число случаев смерти от ВИЧ / СПИДа увеличилось в четыре раза. Детские болезни включают коклюш, полиомиелит, дифтерию, корь и столбняк. Кроме того, дети составляют большой процент смертей от инфекций нижних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. В 2012 году около 3,1 миллиона человек умерло из-за инфекций нижних дыхательных путей, что делает его 4 ведущей причиной смерти в мире.

Самые страшные эпидемии в истории человечества

  •  Пандемия (или глобальная эпидемия) является заболеванием, которое поражает людей на обширной географической территории. 
  •  Чума Юстиниана - с 541 до 542 погибло от 50% до 60% населения Европы. 
  •  Черная смерть с 1347 по 1352 убила 25 миллионов человек в Европе в течение 5 лет. Чума сократила население старого мира с примерно 450 млн до 350-375 миллионов в 14-м веке. 
  •  Появление оспы, кори, тифа и в районах Центральной и Южной Америки, завезенных европейскими исследователями в течение 15-го и 16-го века, вызвало эпидемии среди коренных жителей. Между 1518 и 1568 пандемии болезней, как говорят, сократили население Мексики с 20 до 3 миллионов. 
  •  Первая европейская эпидемия гриппа произошла между 1556 и 1560, по оценкам, уровень смертности составлял 20%. 
  •  Оспа убила около 60 миллионов европейцев в 18 веке (примерно 400000 в год). До 30% от общего числа инфицированных, в том числе 80% детей в возрасте до 5 лет, умерли от болезни, и одна треть из выживших ослепла. 
  •  В 19-м веке туберкулез убил приблизительно одну четверть взрослого населения Европы; К 1918 году один из шести случаев смерти во Франции по-прежнему был вызван туберкулезом. 
  •  Пандемия гриппа 1918 (испанка) убила 25-50 миллионов человек (около 2% мирового населения в 1,7 млрд). Сегодня грипп убивает от 250 000 до 500 000 человек по всему миру каждый год.

Причины развития инфекционного заболевания

В большинстве случаев, микроорганизмы живут в гармонии со своими хозяевами через взаимные или синантропные взаимодействия. Болезни могут возникать, когда существующие паразиты становятся патогенными или когда новые патогенные паразиты попадают к  новому хозяину.

Коэволюция между паразитом и хозяином может привести к устойчивости хозяев к паразитам, или паразиты могут становиться более вирулентными, что приводит к иммунопатологическим заболеваниям.

Человеческая деятельность связана с многими возникающими инфекционными заболеваниями, например, изменения окружающей среды позволяют паразитам занять новые ниши. Когда это происходит, патогенный организм, который был прикован к удаленной среде обитания, получает более широкое распространение и, возможно, нового организма-хозяина. Паразитарные прыжки от нечеловеческих к человеческим хозяевам известны как зоонозы. Когда паразит проникает в хозяина другого вида, он может стать патогенным в организме нового хозяина.

Некоторые виды деятельности человека привели к появлению зоонозных патогенов человека, включая вирусы, бактерии, простейшие и риккетсии и распространения трансмиссивных болезней; смотри также Глобализация и Болезни дикой природы:

Вмешательство в места обитания диких животных. Строительство новых поселков и жилых комплексов в сельской местности заставляет животных жить в плотных популяциях, что создает возможности для  мутации и выхода микробов.

Изменения в сельском хозяйстве. Внедрение новых культур привлекает новых вредителей сельскохозяйственных культур и микробов, которых вредители переносят к работникам сельского хозяйства, подвергая людей незнакомым болезням.

Уничтожение тропических лесов. Поскольку страны используют свои тропические леса, за счет строительства дорог через леса и очистки территории для расчетных или коммерческих предприятий, люди сталкиваются с насекомыми и другими животными, которые являются хозяевами ранее неизвестных микроорганизмов.

Неконтролируемая урбанизация. Быстрый рост городов во многих развивающихся странах имеет тенденцию концентрировать большое количество людей в переполненных районах с плохими санитарными условиями. Эти условия способствуют передаче инфекционных заболеваний.

Современный транспорт. Суда и другие носители грузов часто несут на себе непреднамеренных "пассажиров", которые могут способствовать распространению заболевания в отдаленные пункты назначения. В то время как с международными маршрутами  самолетов люди, зараженные болезнью, могут переносить возбудителя в дальние страны или домой к своим семьям, до появления у  них первых симптомов.

История изучения инфекционных болезней

  •  Идеи заразы стали более популярными в Европе в эпоху Возрождения, в частности, из-за записей итальянского врача Фракасторо. 
  •  Антуан ван Левенгук (1632-1723) стал основателем науки микроскопии, наблюдая за микроорганизмами, что позволило легко визуализировать бактерии. 
  •  В середине 19-го века Джон Сноу и Уильям Бадд сделали важную работу, демонстрирующую заразность брюшного тифа и холеры через загрязненную воду. Обоим приписывают уменьшение эпидемии холеры в их городах путем осуществления мер по предотвращению загрязнения воды. 
  •  Луи Пастер доказал вне сомнения, что некоторые болезни вызваны инфекционными агентами, и разработал вакцину от бешенства. 
  •  Роберт Кох предоставил условия для изучения инфекционных заболеваний на научной основе, известной как постулаты Коха. 
  •  Эдвард Дженнер, Джонас Солк и Альберт Сабин разработал эффективные вакцины для оспы и полиомиелита, которые впоследствии привели к ликвидации и почти ликвидации этих болезней, соответственно. 
  •  Александр Флеминг открыл первый в мире антибиотик, пенициллин, который Флори и Чейн затем развили. 
  •  Домагк разработал сульфаниламиды, первые синтетические антибактериальные препараты широкого спектра действия.

Специалисты по инфекционным болезням

Медицинское лечение инфекционных заболеваний относится к инфектологии, а в некоторых случаях изучение распространения относится к области эпидемиологии. Как правило, инфекции изначально диагностируются врачами первичного звена и внутренних специалистов медицины. Например, лечение "несложной" пневмонии, как правило, будет входить в обязанности терапевта или пульмонолога. Работа инфекционистом поэтому влечет за собой работу и с пациентами, и с врачами общей практики, а также с лабораторными учеными, иммунологами, бактериологами и другими специалистами.

Врачи, которые лечат инфекции должны насторожиться, когда:

  •  Болезнь не была окончательно диагностирована после первоначальной проработки 
  •  Пациент с ослабленным иммунитетом (например, при СПИДе или после химиотерапии); 
  •  Возбудитель носит необычный характер (например, возбудители тропических болезней); 
  •  Заболевание не ответило на антибиотики первой линии; 
  •  Заболевание может быть опасным для других пациентов, и пациент, возможно, должен быть изолирован

Роль внешней среды в инфекционном процессе

Ряд исследований сообщили о связи между патогенной нагрузкой в области и поведением человека. Более высокая патогенная нагрузка связана с уменьшением размера этнических и религиозных групп в районе. Это может случаться из-за того, что высокая патогенная нагрузка способствует избеганию других групп, предотвращающая создание крупных населенных пунктов и армий, которые обеспечивают развитие общей культуры. Более высокая нагрузка патогенов также ассоциируется с более ограниченным сексуальным поведением, что может уменьшить передачу патогена. Это также связано с более высоким предпочтением здоровья и привлекательности среди товарищей. Более высокие показатели рождаемости и более короткие сроки или меньшая интенсивность попечения родителей за ребенка  - еще одна связь, которая может быть компенсацией высокого уровеня смертности. Существует также связь с многоженством, которое может быть связано с более высокой нагрузкой патогена, что делает мужчин с высокой генетической устойчивостью все более важными. Более высокая патогенная нагрузка также ассоциируется с большим уровнем коллективизма и меньшим - индивидуализма, что позволяет ограничить контакты с внешними группами и инфекциями. Существуют альтернативные объяснения, по крайней мере, некоторым связям, хотя какие-то из этих объяснений могут, в свою очередь, в конечном счете существовать из-за патогенной нагрузки. Так, многоженство может быть также связано с более низким соотношением мужчин и женщин в этих областях, но это в конечном итоге может быть из-за младенцев мужского пола с повышенной смертностью от инфекционных заболеваний. Другим примером является то, что социально-экономические факторы бедности в конечном итоге могут существовать частично из-за высокой нагрузки патогенных микроорганизмов, предотвращающих развитие экономики.

Следы инфекций на окаменелостях динозавров

Доказательства инфекции у ископаемых останков являются предметом интереса для палеопатологов, ученых, изучающих случаи травм и болезней у вымерших форм жизни. Признаки инфекции были обнаружены в костях хищных динозавров. Однако в тех случаях, когда они обнаруживаются, то их распространение, как правило, ограничивается лишь небольшими участками тела. Череп, принадлежавший раннему плотоядному динозавру Herrerasaurus ischigualastensis, демонстрирует ямкообразную рану, окруженную опухшей и пористой костью. Необычная текстура кости вокруг раны предполагает, что кости были разрушены недолгой нелетальной инфекцией. Ученые, которые изучали череп, предположили, что следы укусов были получены в драке с другим  представителем вида Herrerasaurus. Другие плотоядные динозавры с документированными признаками инфекции включают акрокантозавра, аллозавра, тираннозавра и тираннозавра из Киртландского пласта. Инфекции у обоих тираннозавров были получены от укусов во время боя, как и у образца Herrerasaurus.