Dur brzuszny
Patofizjologia i mechanizm
Dur brzuszny to zakaźna choroba riketsyjna wywoływana przez bakterie z rodzaju Rickettsia i Orientia tsutsugamushi, przenoszona przez wszy odzieżowe (R. prowazekii), pchły szczurze i kocie (R. typhi) oraz larwy roztoczy Leptotrombidium (O. tsutsugamushi). Patogeny infekują komórki śródbłonka naczyniowego, indukując uogólnione zapalenie naczyń, co prowadzi do uszkodzenia śródbłonka, zwiększonej przepuszczalności naczyń, zakrzepicy i hipowolemii. Śmiertelność nieleczonego duru epidemicznego wynosi 10-60%, mysiego do 4%, a krzewowego do 30%. Patogeneza obejmuje szybkie wnikanie bakterii do komórek śródbłonka, unikanie fuzji fagosom-lizosom, namnażanie i rozprzestrzenianie się międzykomórkowe, co skutkuje wieloogniskowym zapaleniem naczyń i powikłaniami wielonarządowymi, w tym neurologicznymi, oddechowymi, sercowo-naczyniowymi i nerkowymi.
- Patogeneza duru brzusznego (Typhus)
- Mechanizm zakażenia i wniknięcie do gospodarza
- Adhezja i inwazja komórek gospodarza
- Wewnątrzkomórkowe namnażanie i rozprzestrzenianie
- Zapalenie naczyń i uszkodzenie śródbłonka
- Odpowiedź immunologiczna w infekcji riketsyjnej
- Powikłania wielonarządowe
- Patogeneza neurozapalenia w durze
- Choroba Brilla-Zinssera – mechanizm nawrotu
- Czynniki wirulencji i oporność na leki
- Nowe strategie szczepień
- Podsumowanie patogenezy duru
Patogeneza duru brzusznego (Typhus)
Dur brzuszny jest chorobą zakaźną przenoszoną przez stawonogi, wywoływaną przez bakterie z rodzaju Rickettsia. Główne czynniki etiologiczne obejmują Rickettsia prowazekii (dur epidemiczny), Rickettsia typhi (dur endemiczny/mysi) oraz Orientia tsutsugamushi (dur krzewowy).12 Każdy z tych patogenów charakteryzuje się odmiennym wektorem, jednak wspólnym mianownikiem jest mechanizm patogenezy oparty na infekcji komórek śródbłonka naczyniowego i następczym zapaleniu naczyń.
Mechanizm zakażenia i wniknięcie do gospodarza
Dur epidemiczny, będący prototypową infekcją z grupy chorób riketsyjnych przenoszonych przez wszy, wymaga kontaktu człowieka z weszyną odzieżową (Pediculus humanus humanus). Patogen – R. prowazekii – bytuje w przewodzie pokarmowym wszy. Podczas gdy wesz pobiera krew od człowieka, wywołuje świądową reakcję skóry. Wesz defekuje podczas jedzenia, a gdy gospodarz drapie miejsce ukąszenia, wesz zostaje zmiażdżona, a zawierające riketsje odchody są wprowadzane do rany po ukąszeniu. Riketsje przedostają się do krwiobiegu i rozwija się riketsemia.13
W przypadku duru mysiego, bakteria R. typhi przenoszona jest przez pchły szczurze i kocie, natomiast dur krzewowy wywoływany jest przez O. tsutsugamushi przenoszoną przez larwy roztoczy z rodzaju Leptotrombidium (chigger).45 Mechanizm zakażenia jest podobny – patogeny dostają się do organizmu człowieka poprzez uszkodzoną skórę, zazwyczaj podczas drapania miejsc ukąszeń.6
Adhezja i inwazja komórek gospodarza
Po wprowadzeniu do krwiobiegu, riketsje i oriencje wykazują silne powinowactwo do komórek śródbłonka naczyniowego. Bakterie te przywierają do komórek śródbłonka poprzez specyficzne białka błony zewnętrznej. W przypadku R. typhi kluczową rolę odgrywa białko OmpB, podczas gdy grupa gorączek plamistych posiada zarówno OmpA jak i OmpB.78
Inwazja riketsji do komórek gospodarza wymaga obecności mikrodomen bogatych w cholesterol, zawierających białko Ku70 i ligazę ubikwityny c-CBL, będącą punktem wyjścia do ubikwitynacji Ku70. Bakterie penetrują komórki śródbłonka poprzez fagocytozę indukowaną przez patogen.7 Badania z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej wskazują, że wniknięcie riketsji do komórek ssaków następuje w ciągu kilku minut po kontakcie.9
W przypadku O. tsutsugamushi proces inwazji komórek odbywa się przy udziale białka Sca C (bakteryjne białko autotransporterowe), antygenu TSA 56 obecnego na organizmie, oraz syndekanu 4 (proteoglikan siarczanu heparanu na powierzchni komórki), fibronektyny i integryny α5β1 na komórkach gospodarza.10
Wewnątrzkomórkowe namnażanie i rozprzestrzenianie
Po wniknięciu do komórki, riketsje szybko uwalniają się z fagosomu do cytoplazmy, prawdopodobnie dzięki aktywności fosfolipazy, unikając fuzji fagosom-lizosom.9 W przypadku O. tsutsugamushi, po internalizacji bakteria jest transportowana do obszaru okołojądrowego poprzez transport zależny od dyneiny wzdłuż mikrotubul, a następnie namnaża się przez podział binarny.10
Riketsje rozprzestrzeniają się do sąsiednich komórek za pomocą specyficznego mechanizmu obejmującego reorganizację aktyny w komórkach śródbłonka. To bezpośrednie uszkodzenie śródbłonka, w którym uczestniczą wolne rodniki tlenowe, powoduje postępujące uszkodzenia naczyń.79 Bakterie rozprzestrzeniają się w organizmie poprzez rozprzestrzenianie międzykomórkowe, drenaż limfatyczny i drogę krwiopochodną.11
Zapalenie naczyń i uszkodzenie śródbłonka
Główna patologia duru brzusznego spowodowana jest zapaleniem naczyń i jego powikłaniami. Po transmisji, riketsje są aktywnie fagocytowane przez komórki śródbłonka małych naczyń żylnych, tętniczych i włosowatych. Następuje systemowe rozprzestrzenianie się drogą krwi, prowadzące do wieloogniskowego zapalenia naczyń.12
Ten proces może prowadzić do okluzji naczyń krwionośnych i inicjuje odpowiedź zapalną (agregację leukocytów, makrofagów i płytek krwi), skutkując tworzeniem małych guzków. Okluzja naczyń doprowadzających krew może powodować zgorzel dystalnych części kończyn, nosa, płatków uszu i narządów płciowych.1213
Proces zapalenia naczyń powoduje zniszczenie komórek śródbłonka i wyciek krwi, prowadząc do zmniejszenia objętości osocza, z następową hipowolemią i zmniejszoną perfuzją tkanek oraz, potencjalnie, niewydolnością narządów. Uszkodzenie śródbłonka prowadzi również do aktywacji układu krzepnięcia (DIC).1214
Odpowiedź immunologiczna w infekcji riketsyjnej
Czynnik martwicy nowotworów (TNF-α) produkowany podczas aktywacji odporności komórkowej stymuluje limfocyty T i makrofagi, które pomagają w eliminacji wewnątrzkomórkowych riketsji. Należy zauważyć, że wirulentne riketsje mają tendencję do hamowania aktywności czynnika martwicy nowotworów (TNF-α) i IFN-gamma.15
Cytokiny takie jak interleukina (IL) 12 promują produkcję odpowiedzi interferonowych (IFN). IFN-γ kieruje odpowiedzią typu Th1 i stymuluje aktywację makrofagów. Cytokiny, w tym IL-6, IL-4 i IL-10, hamują ochronną odpowiedź immunologiczną.15 Badania na modelu mysim duru pokazały krytyczną rolę IFN-γ i limfocytów T CD8+ w eliminacji riketsji i powrocie do zdrowia.16
W przypadku duru krzewowego, O. tsutsugamushi wywołuje odpowiedź immunologiczną typu 1, związaną z podwyższeniem poziomu interferonu alfa, IL-18 i IL-15.4 Podczas początkowej odpowiedzi zapalnej na infekcje, wczesne cytokiny odpowiedzi (TNF-α, IL-1β i IL-6) zwiększają regulację cząsteczek adhezji komórkowej (CAMs) na powierzchni leukocytów gospodarza i komórek śródbłonka, które koordynują transmigrację leukocytów przez śródbłonek.17
| Typ duru | Czynnik etiologiczny | Wektor | Komórki docelowe | Główne mechanizmy patogenezy | Śmiertelność nieleczona |
|---|---|---|---|---|---|
| Dur epidemiczny | Rickettsia prowazekii | Wesz odzieżowa (Pediculus humanus humanus) | Komórki śródbłonka naczyniowego, makrofagi | Zapalenie naczyń, uszkodzenie śródbłonka, zmniejszenie objętości krwi | 10-60% |
| Dur mysi (endemiczny) | Rickettsia typhi | Pchły szczurze i kocie | Komórki śródbłonka naczyniowego, makrofagi | Zapalenie naczyń, mniej nasilone niż w durze epidemicznym | Do 4% |
| Dur krzewowy | Orientia tsutsugamushi | Larwy roztoczy (chiggers) z rodzaju Leptotrombidium | Komórki śródbłonka, komórki dendrytyczne, monocyty, makrofagi | Zapalenie naczyń, uogólnione zapalenie, rekrutacja neutrofili i makrofagów | Do 30% |
Powikłania wielonarządowe
Dur brzuszny charakteryzuje się wielonarządowym zajęciem, co wynika z uogólnionego zapalenia naczyń. Patogeny preferencyjnie infekują komórki śródbłonka w narządach o bogatym unaczynieniu (płuca, wątroba, mózg i inne).18 Uszkodzenie naczyń prowadzi do szeregu powikłań:
- Układ nerwowy: zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenie mózgu, zaburzenia świadomości, drgawki, śpiączka i rozsiany proces zapalny naczyń. Mechanizmy uszkodzenia OUN obejmują bezpośrednią inwazję bakterii, zapalenie naczyń i mechanizmy immunologiczne.319
- Układ oddechowy: śródmiąższowe zapalenie płuc i zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS). W durze krzewowym, 6-44% przypadków rozwija ARDS.20
- Układ sercowo-naczyniowy: zaburzenia rytmu, zajęcie mięśnia sercowego z zastoinową niewydolnością serca, zapalenie naczyń.21
- Układ moczowy: ostra niewydolność nerek.21
- Układ pokarmowy: zmiany w funkcjach wątroby, zapalenie trzustki, biegunka.21
W ciężkich przypadkach może wystąpić zespół dysfunkcji wielonarządowej (MODS) z podwyższoną śmiertelnością, jeśli nie zastosuje się szybkiego leczenia.2122
Patogeneza neurozapalenia w durze
Dur brzuszny może prowadzić do poważnych powikłań neurologicznych, które powstają w wyniku infekcji i związanego z nią zapalenia ośrodkowego układu nerwowego (OUN). W modelach zwierzęcych duru krzewowego zidentyfikowano naciek limfocytów T do mózgu i uszkodzenie naczyń związane z infekcją śródbłonka i neuropatogenezą.23
Analiza różnicowa ekspresji genów w tkankach mózgowych podczas mysiego duru krzewowego ujawniła selektywny wzrost ligandów CXCR3, cytokin i chemokin prozapalnych i typu 1, oraz cząsteczek cytotoksycznych, a także zmiany w szlaku dopełniacza.23 W gorączkach plamistych, ekspansja mikrogleju i infiltracja makrofagów przyczyniają się do progresji choroby neurologicznej.18
Wejście do OUN odbywa się poprzez inwazję komórek śródbłonka przez O. tsutsugamushi. Następnie aktywacja komórek śródbłonka prowadzi do adhezji leukocytów i transmigracji, agregacji płytek krwi i uwalniania cytokin. W OUN, wynikowe zapalenie naczyń prowadzi do wielu powikłań. Bezpośrednia inwazja płynu mózgowo-rdzeniowego została zgłoszona w niektórych badaniach, prowadząc do zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych i zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych i mózgu.24
Trzeci mechanizm leżący u podstaw objawów neurologicznych ma charakter immunologiczny, wynikający z reakcji nadwrażliwości typu 2 skierowanej na własne antygeny. Wyjaśnia to niektóre późne objawy, takie jak opsoklonus, mioklonia, zespół Guillaina-Barrégo i zapalenie rdzenia kręgowego.2425
Choroba Brilla-Zinssera – mechanizm nawrotu
Niektóre osoby z historią duru epidemicznego mogą rozwinąć nawrotowy typ duru epidemicznego znany jako choroba Brilla-Zinssera. Po leczeniu duru antybiotykami, gdy choroba wydaje się być wyleczona, riketsje mogą trwać w tkankach ciała. Miesiące, lata lub nawet dekady po leczeniu, organizmy mogą ponownie się pojawić i spowodować nawrót duru.26
Mechanizm, w jaki riketsje utrzymują się w stanie uśpienia w organizmie człowieka oraz proces reaktywacji choroby pozostają nieznane. Jest to przykład przewlekłego, utajonego zakażenia, które może ujawnić się przy obniżonej odporności gospodarza.263
Czynniki wirulencji i oporność na leki
Badania nad szczepem szczepionkowym R. prowazekii (szczep E) i jego rewertantem (Evir) wykazały, że mutacja pojedynczego nukleotydu w genie metylotransferazy (smt) jest odpowiedzialna za atenuację szczepionkowego szczepu R. prowazekii. Sugeruje to, że aktywność SAM-metylotransferazy jest krytyczna dla wirulencji R. prowazekii.2728
W przypadku O. tsutsugamushi, badania wykazały, że wszystkie próbki szczepu Boryong miały mutację Ser83Leu w genie gyrA, która jest związana z opornością na chinolony. Sugeruje to, że chinolony powinny być unikane w leczeniu duru krzewowego, szczególnie w ciężkich przypadkach.2930 Pojawienie się szczepów O. tsutsugamushi opornych na antybiotyki jest obecnie przedmiotem obaw.31
Nowe strategie szczepień
Szczepienia donosowe z użyciem białka błony zewnętrznej O. tsutsugamushi (OMPOT) indukują odpowiedzi IgG w surowicy i płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego (BAL). Szczepienie to wywołuje silne odpowiedzi antygenowo-swoiste Th1 i Th17 zarówno w śledzionie, jak i w płucach.32
Badania sugerują, że strategia szczepienia donosowego z użyciem OMPOT może zapewnić skuteczną ochronę przed durem krzewowym. Wyniki silnie przemawiają za opracowaniem szczepionki śluzówkowej przeciwko durowi krzewowemu, która byłaby ukierunkowana na antygeny białka błony zewnętrznej, w tym OMPOT, na powierzchni O. tsutsugamushi.33
Podsumowanie patogenezy duru
Patogeneza duru brzusznego opiera się na infekcji komórek śródbłonka naczyniowego przez bakterie riketsyjne, co prowadzi do uogólnionego zapalenia naczyń. Uszkodzenie śródbłonka skutkuje zwiększoną przepuszczalnością naczyń, tworzeniem zakrzepów i zapaleniem. W konsekwencji dochodzi do hipowolemii, niewydolności narządów, a w niektórych przypadkach do śmierci.2634
Mechanizmy odpowiedzi immunologicznej, w tym aktywacja limfocytów T CD8+ i produkcja IFN-γ, są kluczowe dla eliminacji patogenu. Zwlekanie z leczeniem antybiotykami może prowadzić do progresji choroby, w tym manifestacji neurologicznych, takich jak splątanie, drgawki lub śpiączka, oraz rozsiany proces zapalny naczyń.3
Zrozumienie złożonych mechanizmów patogenezy duru brzusznego jest niezbędne dla opracowania skutecznych strategii diagnostycznych, terapeutycznych i profilaktycznych, w tym szczepionek zapewniających szeroką ochronę przeciwko tym groźnym patogenom.31
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.