На что делится микология

Материалы

Методические материалы и пособия

Микология

Введение

Инфекционные заболевания человека, вызываемые грибами, носят общее название микозы. Этиология, патогенез и клиническая картина микозов чрезвычайно разнообразны, однако практически во всех случаях этих заболеваний в патологический процесс вовлекается кожа.

Грибковые заболевания (микозы) кожи характеризуются поражением кожи и ее придатков (волос, ногтей), реже микоз локализуется на слизистых оболочках полости рта и половых органов (изолированно или наряду с кожными изменениями). Казуистическими в нашей стране являются случаи глубоких микозов, вызываемых эндемичными для некоторых регионов мира грибами, при которых поражаются подкожная клетчатка и другие глубокие ткани. В последние годы возросло количество системных диссеминированных микозов, при которых также, как правило, наблюдается поражение кожи. В этих случаях возбудители чаще всего попадают в кожу вследствие гематогенного распространения из внутренних органов. Кожные высыпания в этих случаях могут быть первым симптомом системного микоза и их ранняя правильная диагностика позволяет своевременно назначить лечение и во многих случаях спасти жизнь больного.

Подавляющее большинство патогенных и условно-патогенных грибов вызывают заболевание только при наличии факторов, снижающих нормальную физиологическую защитную функцию кожи и нарушающих резистентность организма против инфекции (особенно при иммунодефицитных состояниях). Количество этих причин в последнее время резко возросло (неблагоприятные экологические факторы; увеличение количества больных со злокачественными болезнями, особенно иммунной системы; ВИЧ-инфекция; широкое использование медицинских препаратов, обладающих иммуносупрессивным свойством: цитостатиков, гормонов, антибиотиков и т. д.). Все это, в свою очередь, приводит не только к увеличению числа больных с обычными микозами кожи но и к появлению необычно протекающих, атипичных оппортунистических грибковых инфекций. С другой стороны, в последние годы разработаны и внедрены в клиническую практику высокоэффективные противогрибковые препараты, позволяющие при правильной диагностике, с учетом патогенеза болезни, успешно излечивать больных с различными, даже тяжелыми формами микозов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГРИБОВ

Грибы (Fungi) представляют собой эукариотные гетеротрофные, спорообразующие организмы, не имеющие хлорофилла. Примерно 98% всех относимых к грибам организмов составляют царство Fungi (настоящие грибы), равнозначное царствам Plantae (растения) и Animalia (животные).

Различают три основных типа прямого поражения человека грибами: токсическое (мицетизм, микотоксикоз), сенсибилизирующее (микогенная аллергия) и инфекционное (развитие микозов кожи и других органов).

Токсическое действие грибов.
1. Мицетизм – отравление первично ядовитыми грибами при их случайном использовании в качестве продуктов питания, а также съедобными грибами при их неправильном хранении либо приготовлении. Мицетизм обусловлен действием токсических пептидов грибов на пищеварительную, нервную системы или менее специфичным поражением клеток и тканей тела.
2. Микотоксикозы – отравление ядовитыми веществами токсинообразующих грибов, загрязняющих растения (например, злаковые), из которых приготавливаются продукты питания. Ядовитые вещества, продуцируемые этими грибами, сохраняют свои токсические свойства в период хранения урожая и при переработке растений в продукты питания. Употребление этих продуктов может быть причиной отравления человека.

Инфекционное значение грибов. Известно около 50 видов грибов, способных всегда вызывать инфекционные заболевания у человека и животных: 20 видов являются причиной системных инфекций, 10 – поражают кожу и подкожную клетчатку и 20 – только кожу. Гораздо большее количество видов относится к патогенным и условно-патогенным возбудителям, вызывающим микозы только при наличии определенных условий, снижающих резистентность организма к инфекции (чаще всего при иммунодефицитных состояниях).

Самыми распространенными грибами, вызывающими при определенных условиях заболевания кожи и ее придатков (волос, ногтей), являются дерматофиты.

Морфология грибов

Выделяют две фазы онтогенетического развития грибов: вегетативную и репродуктивную. Непосредственно после прорастания вегетативное тело гриба (таллом) состоит из нерасчлененного протопласта или сходных друг с другом, окруженных клеточной стенкой единиц (гиф), которые питаются и размножаются автономно. Репродуктивная фаза характеризуется функциональной дифференцировкой и размножением гриба с появлением большинства таксономически значимых признаков.

Таллом гриба (греч. thallos побег, росток – слоевище – тело низших растений, водорослей, грибов и др., не расчлененное на стебель и листья) состоит из гиф или почкующихся клеток. Характерные для подавляющего большинства грибов гифы (греч. hyphe – ткань), нитчатые вегетативные органы гриба, совокупность которых называют мицелием (грибницей, греч. my cos – гриб), можно отличить от других типов таллома уже вскоре после прорастания. Диаметр гиф варьирует в зависимости от вида гриба и внешних условий от 2 мкм до 100 мкм и более; у дерматофитов – от 1 до 6 мкм. Наиболее короткий мицелий наблюдается у дрожжей, наиболее длинный – мукоровых грибов. У высших грибов мицелий септирован (разделен поперечными перегородками). В септированных гифах клетки расположены одна за другой в один ряд. Молодой мицелий – более тонкий гомогенный и светлый, зрелый – более зернистый в связи с наличием в нем различных включений; старый мицелий представляется сильно вакуолизированным и грубозернистым. Мицелий гриба постоянно ветвится. Диаметр мицелия может быть различным в одной и той же культуре: то более широким, то более узким – диморфизм мицелия.

Весьма разнообразными являются окончания ветвей мицелия у дерматофитов, что используется для определения некоторых видов грибов. У одних грибов они могут быть закручены в виде завитков и спиралей; у других заканчиваться ровными или волнистыми побегами; у третьих иметь весьма характерные ветвления в виде «гребешковых органов», «канделябров», «рогов северного оленя» и т. п.

Почкующиеся клетки характерны для дрожжевых и дрожжеподобных грибов. Почкование клеток как способ роста и размножения макроскопически выражается, как правило, в слизистой консистенции колоний на твердом субстрате, а микроскопически – в форме и расположении отдельных клеток. Процесс почкования начинается с выпячивания клеточной стенки или ее внутреннего слоя (слоев). Через проростковую пору выходит часть протопласта материнской клетки с (дочерним) ядром, изредка – с несколькими ядрами. Дочерняя клетка дорастает до размера материнской. Затем «перешеек» между ними перешнуровывается за счет поперечной перегородки. В зрелом состоянии почкующиеся клетки одинаковы по форме, размеру, окраске, типу почкования. У некоторых, обычно почкующихся грибов, например, Candida albicans, может наблюдаться переход от почкования к росту гиф. Этот переход происходит в микроаэрофильных условиях через промежуточную стадию псевдогиф, т. е. удлинения клеток, которые либо продолжают почковаться, либо за счет образования септ превращаются в настоящие гифы и при определенных обстоятельствах дают боковые ответвления. У грибов рода Candida переход от почкования к росту гиф, как правило, свидетельствует об усилении патогенности.

Органеллы грибковой клетки

Клетки грибов могут иметь самый различный облик, но все они сходны между собой набором основных структур, особенно на уровне клеточных органелл. К этим органеллам относятся: клеточное ядро, митохондрии, рибосомы, элементарные мембраны, клеточная стенка, микросомы и подобные им органеллы и др.

Клеточное ядро – содержит в себе важнейшую наследственную информацию и передает ее дальше. Его основной компонент – хромосомы, которых всегда несколько (в бактериальной клетке хромосома одна); их генетическая функция определяется дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Кроме того, в ядре имеются нуклеоплазма и чаще всего одно ядрышко.

Митохондрии содержат ферменты дыхательной цепи, окислительного фосфорилирования и цикла лимонной кислоты.

Рибосомы – органеллы синтеза белка. Основной компонент рибосом – РНК – образуется на ядерной ДНК и вместе с белками накапливается в ядрышке или ядерном колпачке. В цитоплазме часть рибосом располагаются беспорядочно, однако большинство их прикреплено к мембранам эндоплазматического ретикулума, митохондриям, другим органеллам или частицам.

Элементарные мембраны. К ним относятся: эндоплазматический ретикулум – сеть двойных ламелл (элементарных мембран), трубочек и шаровидных частиц. Основные компоненты представлены липидами, белками, липопротеинами. Система эндоплазматического ретикулума служит для внутриклеточного транспорта веществ и образует почти все поверхности раздела в цитоплазме.

Микросомы и подобные им органеллы рассматривают как проявление адаптивных ферментативных возможностей гриба.

Клеточная стенка, как правило, содержит хитин, маннан, глюканы; другие вещества, в частности целлюлоза, встречаются лишь изредка. Будучи самостроящейся, постоянно расширяющейся и изменяющейся по мере роста и развития структурой, клеточная стенка является экскреторной органеллой, относящейся к так называемой параплазме, однако может содержать ферменты и другие высокоактивные вещества. Общее понятие «антигены клеточной стенки» отражает важные серологические свойства грибковой клетки, которые, как и прочие свойства ее стенки, меняются в зависимости от стадии жизненного цикла.

Размножение грибов

Размножение грибов происходит половым (совершенные грибы) и неполовым (несовершенные грибы) путем. Оно может быть вегетативным и репродуктивным. Вегетативное размножение происходит без специальных или с помощью малоспециализированных органов. Репродуктивное размножение осуществляется при помощи специальных органов воспроизведения.

Механизмы размножения грибов весьма разнообразны: деление, прорастание, почкование клеток и спорообразование.

Для вегетативной фазы развития грибов характерно бесполое размножение и образование особых органов, обеспечивающих рост таллома. В этот период увеличение биомассы гриба происходите основном за счет деления, прорастания и почкования. Образуются особые органы, обеспечивающие прорастание гриба, поселение на хозяине, заражение и разрастание, увеличение биомассы.

Деление происходит за счет удлинения тела клетки и образования ниточки мицелия, которая делится поперечно, на оболочке появляются перетяжки и молодые клетки отделяются одна от другой.

Прорастание является частой формой размножения. Оно обеспечивает развитие мицелиальной основы гриба (грибницы) и проявляется в виде выпячивания (росток) стенки протопласта соответствующих клеток по ходу или по бокам мицелия. Достигнув соответствующих размеров, росток отграничивается перегородкой от материнской клетки и продолжает развиваться, обеспечивая формирование грибницы.

Почкование осуществляется за счет образования на поверхности клетки небольшого выпячивания, в которое поступает часть протоплазмы и ядро материнской клетки — образуется почка, которая затем отделяется и превращается в самостоятельную клетку. В результате почкования образуются скопления округлых, дрожжеподобных клеток, которые при малом увеличении микроскопа напоминают шары или гранулы. Этот вид размножения характерен для дрожжеподобных грибов рода Candida.

Органы репродуктивной фазы

Основной функцией этой фазы является выживание и распространение грибов при остановке роста колонии и отмирании вегетативных частей таллома. Эта функция обеспечивается бесполым и половым спороношением.

Бесполые репродуктивные структуры (анаморфы). Бесполыми считаются репродуктивные структуры, формирующиеся без смены ядерных фаз за счет простого преобразования мицелия или его частей.

Образующиеся бесполым путем споры выполняют две основные функции: сохранение гриба в неблагоприятных условиях и его распространение в окружающей среде. Структурами, обеспечивающими грибу переживание в неблагоприятных условиях внешней среды, являются хламидоспоры, склереции и сходные структуры переживания. К образующимся бесполым путем спорам, служащим для распространения гриба, относятся конидии, а также формирующие и несущие их органы (спорангии, конидиеносцы, фиалиды, плодовые тела и т. д.). Некоторые структуры выполняют сразу обе функции, причем хламидоспоры и конидии могут быть морфологически неразличимы. Хламидоспоры представляют собой толстостенные клетки или соответствующие им многоклеточные образования (мелкие комплексы клеток, функционирующие как одно целое). Они переживают отмирание и разложение вегетативного таллома и после достаточного периода времени пассивно высвобождаются в среду (в отличие от конидий, которые вскоре после своего формирования отделяются от материнской гифы или несущего их органа и служат для распространения). Хламидоспоры могут быть концевыми (терминальными) или промежуточными (интеркалярными). Конидии – это органы распространения, характерные для высших грибов. Они могут быть одно- или многоклеточными, просто или сложноустроенными; бесцветными, темными или окрашенными; возникают чаще всего на гифообразных конидиеносцах, находящихся на поверхности сложных репродуктивных органов. Конидиеносцы проводят питательные вещества из субстратных гиф в развивающиеся конидии и обеспечивают их высвобождение и рассеивание.

Различают два вида конидий: таллические, или артритические, и бластические.

2. Бластические конидии (бластоконидии) образуются почкованием зрелой нити. Путем почкования могут возникать простые, причудливые, септированные или темноокрашенные бластоконидии. Путем почкования образуются хламидоспоры у Candida albicans.

Половые спороношения (телеморфы). Половое размножение служит для распространения индивидуального штамма и переживания неблагоприятных условий, оно также способствует генетической стабилизации видов. Примерно у 70% грибов в цикле развития есть половая фаза, которая предусматривает плазмогамию, половую копуляцию, кариогамию, мейоз и, как правило, образование мейоспор. Между этими кардинальными пунктами гриб может расти вегетативно, увеличивать свою биомассу, накапливать энергию и обычно размножаться бесполовым путем. Циклы развития — отличительный признак таксонов грибов.

Биохимия грибов

Основными компонентами грибковой клетки, активно действующей в обмене веществ, являются макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды), фосфолипиды и элементарные мембраны.

Макромолекулы грибковой клетки

Нуклеиновые кислоты

Рибонуклеиновые кислоты (РНК). В клетках гриба имеются три типа РНК — рибосомная (рРНК), матричная (мРНК) и транспортная (тРНК). Все они синтезируются на ДНК (транскрипция) и участвуют в синтезе белка (трансляция). Реакции синтеза белка на рибосомах лежат в основе многих механизмов регуляции обмена веществ. На эти чувствительные участки обмена веществ действуют многочисленные антибиотики. Так, механизм фунгистатического действия противогрибкового антибиотика гризеофульвина объясняют его связыванием с РНК дерматофитов.

Белки

В клетках грибов имеются два основных типа белков: ферменты и склеропротеины.

А. Ферменты. Ферменты грибов разнообразны как по своему происхождению, так и по активности. В грибах имеются экзогенные и эндогенные ферменты. Экзогенные ферменты (экзоферменты), например целлюлазы и протеазы, выделяются клеткой гриба во внешнюю среду, причем позднее сама клетка может поглощать продукты осуществленного экзоферментами разложения субстрата. Большинство ферментов локализуются внутри клетки гриба (эндоферменты). Различают конститутивные ферменты, действующие постоянно, и адаптивные ферменты, синтезирующиеся по мере необходимости (например, целлюлаза образуется только в присутствии целлюлозы как субстрата).

Липолитические ферменты используются грибами для расщепления жиров на глицерин и жирные кислоты, которые в дальнейшем включаются в обмен веществ. Возбудитель отрубевидного лишая (Pityrosporum orbiculare) обладает выраженной липолитической активностью, что иногда может быть причиной системных поражений (у недоношенных грудных детей при искусственном вскармливании интралипидами).

Ферменты, разлагающие полисахариды (целлюлазы, мальтоза, сахароза и т. д.), принимают активное участие в углеводном обмене веществ. Широко распространенные ферменты грибов гидролизу ют крахмал, пектины и гемицеллюлозы. Особенно выражена эта активность у грибов рода Candida.

Б. Склеропротеины (скелетные, опорные или структурные белки) представляют собой составные (полисахаридные) элементы клеточных стенок, определяющие их строение.

Полисахариды

Фосфолипиды и элементарные мембраны

Первичный метаболизм грибов

Микроэлементы. Грибам, как и прочим микроорганизмам, необходимы очень малые количества некоторых неорганических компонентов питательной среды. Важнейшие из них – ионы тяжелых металлов. Недостаток микроэлементов ограничивает рост и активность грибов, а их высокие концентрации часто токсичны.

Вторичный метаболизм грибов

Вторичный метаболизм характерен для репродуктивной фазы развития грибов. Он отражает индивидуальные особенности грибного таксона. Образующиеся в процессе вторичного метаболизма продукты специфичны для продуцирующего их штамма, вида или рода гриба; они могут вызывать дифференцировку таллома. Различные вторичные метаболиты (антибиотики, микотоксины) могут действовать на другие организмы.

К вторичным метаболитам относятся половые гормоны, микоспорины, пигменты, антибиотики, микотоксины. Так, например, из примерно 3200 известных антибиотиков 772 (около 24%) синтезируются грибами (пенициллин, цефалоспорин С, гризеофульвин и др.). Микотоксин афлатоксин, попадая в организм человека или животного с зараженной грибами пищей, оказывает канцерогенное, тератогенное, мутагенное действие и нарушает иммунные реакции.

Распространенность грибов

Распространение грибов зависит от особенностей их роста и спороношения, а также от факторов, выполняющих роль их пассивного переноса: воздуха (анемохория), воды (гидрохория), животных (зоохория) и человека (антропохория). В современных условиях особое значение в рассеивании грибов приобрел антропохорный способ, обусловленный массовым перемещением людей и товаров.

Большинство грибов являются космополитами, реже они обнаруживаются в ограниченных, длительное время неизменных ареалах (эндемизм).

Проявления жизнедеятельности грибов

Классификация грибов

Класс аскомицетов (Ascomycetes) включает в себя наиболее многочисленную группу патогенных для человека и животных грибов (различные виды дерматофитов, дрожжеподобные и плесневые грибы); класс зигомицетов (Zygomycetes) представлен патогенными для человека видами родов Mucor, Rhizopus, Absidia, Basidiobolus; к классу базидиомицетов (Basidiomycetes) относится возбудитель менингоэнцефалита Cryptococcus neoformans. Класс дейтеромицетов (Deuteromycetes, син. Fungi imperfecti – несовершенные грибы) включает в себя возбудителей микозов, в цикле развития которых неизвестны стадии полового размножения.

Из огромного количества плесневых грибов только несколько видов могут быть причиной микозов кожи: Ехорhialia werneckii, вызывающая черный лишай (Tinea nigra), и Piedraia horta, являющаяся причиной черной пьедры.

Диагностика микозов

Прецизионная диагностика инвазивных микозов нелегка. Это объясняется не только трудностями в получении культуры грибов, но и в интерпретации результатов исследований, поскольку грибами, как дрожжевыми, так и мицелиальными, возможны колонизация слизистых оболочек, контаминация исследуемых образцов. В связи с этим диагностика инвазивных микозов базируется на комплексном подходе, включающем не только результаты микологических (культуральных) и серологических (определение антигена грибов) исследований, но и клинические симптомы грибковой инфекции, данные вспомогательных методов исследований (компьютерная или магнитно-резонансная томография, ультразвуковое исследование).

Европейско-американской кооперированной группой по изучению инвазивных микозов у иммунокомпрометированных больных разработаны критерии диагностики инвазивных микозов. Они представлены в 2001 г. на Международной конференции по антимикробным препаратам и химиотерапии (ICAAC, Chicago), а в 2002 г. в печати. Определены критерии доказанного, вероятного и возможного инвазивного микоза, которые рекомендуется использовать при клинических и эпидемиологических исследованиях.

Доказанный инвазивный микоз, вызванный мицелиальными грибами: обнаружение мицелия грибов в биоптатах либо аспиратах при гистологическом или цитологическом исследовании или выделение культуры из образцов, полученных в асептических условиях из стерильного в норме очага, который по результатам клинического и радиологического исследований связан с инфекцией, за исключением исследований мочи и со слизистых оболочек.

Доказанный инвазивный микоз, вызванный дрожжевыми грибами: обнаружение дрожжевых клеток (грибы рода Candida могут формировать псевдомицелий или истинный мицелий) в биоптатах или аспиратах, за исключением образцов со слизистых оболочек, или выделение культуры из образцов, полученных в асептических условиях из стерильного в норме очага, который по результатам клинического и радиологического исследований связан с инфекцией, за исключением исследований мочи, образцов из пазух носа и со слизистых оболочек, или обнаружение при микроскопии и специфическом окрашивании (в капле туши, окраска муцикармином) дрожжевых клеток либо положительного антигена Cryptococcus spp. в цереброспинальной жидкости.

Фунгемия, обусловленная мицелиальными грибами: выделение гемокультуры грибов, за исключением Aspergillus spp. и Penicillium spp., включая Penicillium marneffei, в сочетании с клиническими симптомами инфекционного процесса, совместимыми с выделенным возбудителем.

Фунгемия, обусловленная дрожжевыми грибами: выделение гемокультуры грибов рода Candida или иных дрожжевых грибов у пациентов с клиническими признаками инфекции, связанными с данным возбудителем.

Комплекс диагностических исследований при инвазивных микозах

Частота выделения грибов из крови идентична при исходном взятии крови как во флаконы со средой для культивирования бактерий, так и с селективной средой для грибов.

Вероятный инвазивный микоз диагностируют при совокупности следующих критериев:
• наличие хотя бы одного фактора риска, индуцирующего развитие инвазивного микоза;
• один признак из категории микробиологических критериев;
• один признак из категории «значимых» или два из группы «менее значимых» клинических симптомов инфекционного процесса.

Возможный инвазивный микоз диагностируют на основании совокупности следующих критериев:
• наличие хотя бы одного фактора риска, индуцирующего развитие инвазивного микоза;
• один признак из категории микробиологических критериев или один признак из категории «значимых» (два из группы «менее значимых») клинических симптомов инфекционного процесса.

Понятие «возможный инвазивный микоз» не рекомендуется использовать в клинических исследованиях по изучению эффективности протигрибковых препаратов. Можно пользоваться этим термином при анализе эмпирической противогрибковой терапии, эпидемиологических исследований, изучении фармакоэкономики.

При микологическом исследовании стерильных аспиратов или биоптатов принимают во внимание выделение не только культуры грибов, но и обнаружение при микроскопии мицелия или псевдомицелия. В гистологических препаратах аспергиллы трудно дифференцировать от Fusarium spp., Sceclosporium apiospermum и некоторых других мицелиальных грибов. Для дифференциальной диагностики следует проводить иммуногистохимическое исследование с антителами к аспергиллам.

Выделение дрожжевых грибов из крови хотя бы в одном исследовании относится к категории «доказанного» инвазивного микоза и является абсолютным показанием к назначению системных антимикотиков больным с нейтропенией. Частота выявления дрожжевых грибов из крови невысокая, даже при диссеминированном кандидозе она составляет 35—50 %.

Проведение повторных посевов крови повышает вероятность получения положительных результатов.

Иная интерпретация результатов в случае обнаружения мицелиальных грибов в крови. Высокая частота выделения мицелиальных грибов характерна для Fusarium spp. и составляет 40—60 %. Aspergillus обнаруживают крайне редко, в большинстве случаев это рассматривается как контаминация, за исключением Aspergillus terreus.

Выделение Aspergillus terreus из крови больных с гемобластозами может свидетельствовать об истинной аспергиллемии, а при наличии клинических симптомов инфекции является основанием для назначения антимикотиков.

Критерии инвазивного микоза

Институт Лабораторной Медицины

Образовательная организация, реализующая мероприятия и программы в области дополнительного профессионального образования в сфере здравоохранения для специалистов с высшим медицинским и немедицинским образованием и среднего медицинского персонала.

Источник