세균학각론 : Clostridium
Classification of Gram positive bacteria Coagulase (+) Catalase (+) Coagulase (-) Lancefield group A Lancefield group B Lancefield group C * : anaerobes Staphylococcus aureus Staphylococcus epidermidis (Coagulase negative staphylococci, CNS) Streptococcus pyogens Streptococcus agalactiae Streptococcus equisimilis Cocci Lancefield group D Enterococci, Streptococcus bovis Catalase (-) Lancefield group E Streptococcis canis Streptococcus pneumoniae Non-group Viridans streptococci Intermedius, milleri group Peptostreptococcus magnus* Spore (+) Bacillus Clostridium* Bacillus anthracis, Bacillus cereus C. tetani, C.perfringens, C. botulinum, C. difficile Rods/ Bacilli Spore (-) Corynebacterium Listeria Erysipelothrix C. diphtheria L. monocytogenes E. rhsiopathiae Propionibacterium* Lactobacillus*
Genus Clostridium - 그람양성간균, 절대무산소균, Spore 형성 - 200여종알려져있으며일부만이병원성있음. C.perfringens : 연조직감염, 식중독 C.botulinum : 보튤리눔독소증 C.tetani : 파상풍 C.difficile : 거짓막장염
학습목표 Clostridium의병원성균종 4가지와감염질환을설명한다. C.perfringens의독성인자와대표적임상증상을설명한다. 파상풍독소와보툴리눔독소의작용기전을설명한다. 항생제연관장염의발병기전과치료에대해설명한다.
Clostridium perfringens 일반적 특징 - 조직 독성 Clostridium중 가장 흔함 : myonecrosis의 60-90% - 흙, 물, 하수; 포유류 및 조류의 장관 내 존재 - 단순한 집락 형성으로부터 중증의 치명적인 질환까지 야기 구조와 생리 - 크기가 큰 (0.6-2.4 ｘ1.3-19.0 ), 직사각형, 그람양성 간균 - spore는 거의 관찰되지 않음 (검체와 배양 모두에서). 이것은 C. perfringens를 다른 clostridia와 구별하는데 사용 - 운동성은 없으나 배양 배지에서 rapidly spreading growth - 용혈소 (hemolysin) 생산으로 혈액배지에서 ß-hemolysis를 일으킴 - 독소생성 (alpha, beta, epsilon and / or iota toxin) - C. perfringens는 독소생성 양상에 따라 type A, B, C, D 및 E로 나눔
병인기전 1) Alpha toxin - phospholipase C (lecithinase) : lecithin (phosphatidylcholine) 을 phosphorylcholine 과 diglyceride 로가수분해 세포막의 lecithin 이분해됨으로적혈구, 혈소판, 백혈구및내피세포들이용해됨 - 대량의 hemolysis, 혈관투과성증진, 출혈, 조직파괴, 간독성 (hepatic toxicity), 심근기능이상 (bradycardia 및 hypotension) 등을유발 2) Beta toxin - 괴사성장염 (necrotizing enteritis) 을일으킴 3) Epsilon toxin - tr ypsin 에의해서활성화되고, 위장관벽의혈관투과성을높임 4) Iota toxin - necrotic activity, 혈관투과성을상승시킴 5) 장독소 (Enterotoxin) - vegetative cell 에서 spore 로이행할때생산되고, 세균이용해되면서 spore 와함께방출됨 - 독소가소장상피세포의수용체에결합하여, 소장 (ileum and jejunum but not duodenum) 세포의막투과성을변화시켜장염을유발 (loss of fluids and ions) - Superantigen 으로도작용
임상특징 1) 연조직감염 (soft tissue infections) - 외상혹은외과수술후 1주일이내심한통증으로증상이시작됨 - 연조직염 (cellulitis) : 연조직에 gas 형성과함께염증을일으킴 - 근막염 (fasciitis), 화농성근염 (suppurative myositis) : 근육면에농축적 - 근괴사 (myonecrosis), 가스괴저 (gas gangrene) : 심한근육괴사로시작되어심한통증을유발하여, 2일내쇼크, 신부전, 사망 crepitus, 상처조직에서균관찰은되며염증세포는사멸되어관찰안됨. 2) 식중독 (food poisoning) - 많은수의세균 (10 8-10 9 bacteria/person) 이감염되어야함 - 증상 : 1) 짧은잠복기 (8-24시간), 2) 복통과물같은설사, 3) 24시간이내증상소멸 - 예방 : 냉장보관하여독소생산을방지또는가열하여독소파괴 3) 괴사성장염 (necrotizing enteritis or enteritis necroticans) - 베타독소에오염된고기섭취후 24시간내에증상발현 - 증상 : 구토, 복통, 혈변, 쇼크, 복막염, 소장궤양및천공 - 사망률 50%
검사실진단 - 의심시즉각적인치료 - 상처나수포분비물의그람염색으로그람양성막대균존재여부관찰, 다형핵백혈구는거의없음 - 검체의배양 : 무산소배양시수시간이내증식관찰가능 - 혈액배지배양시 double zone hemolysis 관찰됨 : alpha toxin에의해 partial hemolysis, perfringolysin O에의해 complete hemolysis 치료 - 근막염과근괴사발생시는외과적으로괴사조직을제거 : 치료해도사망률은 40-100% - 항생제 : penicillin 에감수성있으나복합감염가능성높아 broad-spectrum antibiotics 사용
Clostridium tetani 구조와생리 - 크기가크고 (0.5-1.7 x 2.1-18.1 μm ), 운동성 - 절대혐기성균, 그람양성의막대균 - 둥근 terminal spore 형성 : spherical, terminal à drum stick
24-1-1_Movie for Tetanus
병리기전 - tetanospasmin (tetanus toxin) : 파상풍유발독소 A-B 형독소임 : 신경세포와비가역적결합 1) B subunit이 motor neurons의표면수용체에결합 2) A subunit (zinc endopeptidase) 의세포내유입 3) 말초신경말단부위에서중추신경계로이동 (retrograde axonal transport) 4) 억제성신경의 glycine, gamma-aminobutyric acid (GABA) 의분비를방해 5) motor neuron의활성이억제되지않아근육의지속적인수축 6) spastic paralysis, 경련성마비유발
The action of tetanus toxin from Clostridium tetani. <Motor neuron> Muscle relaxation is normally induced by glycine (G) release from inhibitory interneurons. Glycine acts on the motor neurons to block excitation and release of acetylcholine (A) at the motor end plate. Tetanus toxin binds to the interneuron to prevent release of glycine from vesicles, resulting in a lack of inhibitory signals to the motor neurons, constant release of acetylcholine to the muscle fibers, irreversible contraction of the muscles, and spastic paralysis.
24-1-2_Movie for Tetanus toxin
역학 - 사람과동물장관내또는토양에존재 - 깊은관통상, 화상등상처를통해아포유입으로감염 - 우리나라에서는제2법정전염병 - 우리나라에서는백신접종으로드물게발병 : 2002년 4건, 2003년 8건, 2004년 11건, 2005년 11건 - 전세계적으로매년 100만명이상의환자가발생하고사망률은 20-50%
임상 증상 - 아포가 상처를 통해 감염되어 증상이 나타날 때까지 3일~3주 걸림 - 증상에 따라 국소파상풍, 뇌파상풍, 전신파상풍으로 분류되며 80%이상이 전신화상풍 - 전신성 파상풍 (generalized tetanus) 저작근 강직 (lock-jaw, trismus, 구개불능) : masseter muscle의 강직 냉소 (risus sardonicus, facial contraction) : 구개불능이 지속되고, 계속적인 안면근육의 수축으로 발생 활 모양 강직 (opisthotonos, back spasm, 후궁반장), 침흘림, 땀흘림, 흥분 등의 증상이 나타남. 약한 자극에도 경련 감각 신경은 손상되지 않아 심한 통증 느낌 - 신생아 파상풍 (neonatal tetanus; tetanus neonatorum) : 탯줄 자를 때 감염 되어 전신파상품으로 진행
실험실 진단 - 임상 증상을 바탕으로 진단 - 상처 분비분의 그람염색, 무산소 배양 à 파상풍이더라도 30%에서만 양성 치료 및 관리 - 치료 외상부위의 괴사조직 제거 수동면역 : human tetanus immunoglobulin à 독소 중화 항균제 : metronidazole 투여 - 예방 능동면역 : tetanus toxoid 백신 DTaP : 2, 4, 6, 18개월, 4-6세에 추가접종
Clostridium botulinum 구조와생리 - 그람양성간균, 절대무산소성균, spore 형성 - 혈액배지에서모든형이용혈을나타냄 - 세균성식중독의원인균 - 식품에생성한신경독소를섭취할때증상이나타남 (botulism) - 1870년소시지가치명적인식중독과연관됨 : 라틴어로 botulus는소시지 - heat labile toxin (100 /10분) 생성 - 냉장고안에서도독소가생성될수있음 ( 최적온도 30 )
병리기전 - botulinum toxin 1) 장에서흡수되어혈관을통해말초신경에도달 2) 신경전달물질인 acethylcholine의분비를조절하는단백질을비활성화 3) acethylcholine의분비를억제하여말초 cholinergic synapses에신경전달을차단 4) 근육수축이안되기때문에 flaccid paralysis ( 이완성마비 ) 발생
The action of botulinum toxin from Clostridium botulinum. (a) Upon stimulation of peripheral and cranial nerves, acetylcholine (A) is normally released from vesicles at the neural side of the motor end plate. Acetylcholine then binds to specific receptors on the muscle, inducing contraction. (b) Botulinum toxin acts at the motor end plate to prevent release of acetylcholine from vesicles, resulting in a lack of stimulus to the muscle fibers, irreversible relaxation of the muscles, and flaccid paralysis
24-1-2_Movie for botulinum toxin
역학 - 토양및물에분포 - 육류, 야채, 통조림, 소시지등보존식품내에서증식및독소를생성 - 부패된통조림섭취를통한감염이가장흔함
실험실진단 - 독소검출 : 환자혈청, 대변, 위액등을마우스에주입하고마우스마비현상확인 치료및관리 - 기관절개술과기계적환기로호흡유지 - 식염수관장 : 흡수되지않은독소배출 - 항생제 : metronidazole 또는 penicillin 투여 - 항독소 : trivalent botulinum antitoxin 투여 - 예방 : 독소를불활성화 (100 에서 10분간가열 )
Clostridium difficile 구조와생리 - 그람양성간균, 절대무산소성균, spore 형성 - 용혈작용없음. - 아포는 5개월까지생존가능 - 소독제에대한내성이강함.
병리기전 - enterotoxin (toxin A) : 장내출혈과수분분비를초래하여설사를유발 - cytotoxin (toxin B) : depolymerization of actin cellular cytoskeleton의파괴 - 거짓막장염 (Pseudomembranous colitis) : 항생제복용 ( 특히 beta-lactam계, clindamycin) à 장관내정상균무리의변화 à Clostridium difficile의 overgrowth 독소생산 à 항균제복용 4-9일후장염을유발 임상증상 - 39-40 의고열, 경련성복통, 녹색의악취성또는혈성설사
역학 - 신생아 40-60%, 건강한성인 5% 가무증상보균자 - 항생제투여로 overgrowth (endogenous infection) : clindamycin 투여에의한경우가흔하지만모든종류의항균제가연관되어발생할수있음 실험실진단 - 독소검출 : Toxin A, B 의직접검출 - 분변에서백혈구검출됨.
치료및관리 - 의심되는증상이나타나면원인항균제복용중단하고바로 metronidazole (PO, IV), vancomycin (PO) 치료 - 재발이잘됨 (20-30%) - 항생제남용억제를통한예방이중요
Clostridium perfringens -병원성인자 : a-toxin 조직괴사, b-toxin 괴사성장염, enterotoxin spore와함께생산되어식중독유발 - 임상증상 1) 연조직감염 (soft tissue infections) : 근괴사, 가스괴저 à 즉각적인괴사조직제거및항균제 2) 식중독 (food poisoning): 1) 짧은잠복기 (8-24시간), 2) 복통과물같은설사, 3) 24시간이내증상소멸 3) 괴사성장염 : 궤양및천공 à 높은사망률 Clostridium tetani - Tetanospamin : GABA분비억제 à spastic paralysis, 경련성마비유발 - 전신성파상풍 (generalized tetanus) : 저작근강직, 냉소, 활모양, 심한통증 - 예방 : Td, TIG Clostridium botulinum - heat labile toxin (100 /10분) 생성 à 충분히가열해주어야함 - 냉장고안에서도독소가생성될수있음 ( 최적온도 30 ) - Botulinum toxin : Ach분비억제 à 이완성마비 Clostridium difficile - 병원성인자 : enterotoxin (toxin A), cytotoxin (toxin B) - 거짓막장염 (Pseudomembranous colitis) : 항생제복용 à Clostridium difficile의 overgrowth 독소생산 - 의심되는증상이나타나면원인항균제복용중단하고바로 metronidazole (PO, IV), vancomycin (PO) 치료