The evolution of the pathogen and the clinical and epidemiological features of the recent cholera (el tor)

Full Text

Эпидемический процесс инфекционного заболевания, в том числе холеры, обусловлен специфическими свойствами возбудителя. В основе патогенетического механизма развития холерной инфекции, ее клинических проявлений также лежат биологические особенности этиологического фактора [1, 2, 5]. Анализ биологических свойств Vibrio cholerae Ol биотип eltor - основного возбудителя седьмой пандемии на протяжении более полувека - свидетельствует о глубоких эволюционных изменениях молекулярно-генетической организации холерного вибриона Эль-Тор, вектор которых направлен на адаптацию к меняющейся окружающей среде и на увеличение эпидемического потенциала этиологического агента современной холеры Эль-Тор. Так, начальный период пандемии (весна 1961 г.-октябрь 1962 г.) обязан своим появлением холерному вибриону Эль-Тор, гемолизположительному, открытому в 1905 г. F. Gotschlich [16]. В геноме данного вибриона отсутствуют гены, кодирующие биосинтез холерного токсина. Заболевания кишечной локализации, вызванные V. cholerae Ol биотип eltor Hly+, ctx - , проявлялись в виде легкой диареи или бессимптомно, отношение количества тяжелых форм (требующих госпитализации) к количеству вибриононосителей колебалось от 1:25 до 1:100, в отличие от классической Для корреспонденции: Савельев Вилорий Николаевич, доктор мед. наук, ст. науч. сотр., зав. лаб. диагностики холеры и других кишечных инфекций Ставропольского противочумного институт. (азиатской) холеры, при которой данный показатель варьировал в пределах 1:5-1:10. Фекально-оральный механизм заражения реализовывался через водный путь передачи возбудителя, фактор заражения - вода поверхностных водоемов, контаминированных Hly+ , ctx~ холерными вибрионами эльтор. В основе патогенеза такого заболевания лежит воздействие на энтероциты тонкой кишки человека эндо- и экзотоксинов вибрионов, что приводит к диарее, рвоте, обезвоживанию организма, степень которого невелика, гиповолемический шок не развивается [18]. Вместе с тем, учитывая возросшую «эпидемич-ность диареи», вызванной гемолитическим холерным вибрионом Эль-Тор, в августе 1962 г. Международный комитет ВОЗ по карантину вынес резолюцию об официальном признании гемолитических вибрионов Эль-Тор возбудителями холеры с рекомендациями предпринимать против этой инфекции те же меры, что и против классической холеры. Экспансия гемолитических вибрионов Эль-Тор продолжалась до октября 1962 г., когда в Ириане (запад Новой Гвинеи) возникла эпидемия холеры (заболело 1297 человек с высоким уровнем летальности - 35,8 %), возбудителем которой оказался холерный вибрион, потерявший способность гемолизировать эритроциты барана (Hly-). Новый вариант вибриона Эль-Тор был назван Vibrio eltor var. anhaemolyticus [13]. Его геном содержит гены оперона ctxAB, кодирующего синтез термолабильного экзотоксина (холерогена, энтеротоксина) - главного патогенетического фактора холеры Эль-Тор. 31 ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ, № 5, 2012 Энтеротоксин V. cholerae eltor (Hly- , ctx+) проникает в эритроциты тонкой кишки человека, повышая в них уровень аденилатциклазы и циклического адено-зинмонофосфата, что сопровождается гиперсекрецией воды и ионов Na+ и K+ [4, 10, 19]. Потеря жидкости при холерной диарее и рвоте происходит значительно интенсивнее, чем при любых других диареях. Развивается внеклеточная изотоническая дегидратация, которая приводит к деминерализации, гиповолемии, гемоконцентрации, нарушениям микроциркуляции, тканевой гипоксии, метаболическому ацидозу [8]. Клинические проявления: острое, часто внезапное начало, водянистая диарея, рвота без предвестников, быстрое нарастание обезвоживания организма, развитие гиповолемического шока, алгид. Механизм заражения тот же, что и при холере, вызванной V. cholerae O1 eltor Hly+ , ctx , - фекально-оральный с реализацией в основном водного пути передачи возбудителя болезни. Токсигенные вибрионы Эль-Тор более устойчивы к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, чем классические, что объясняется присутствием в геноме дополнительных блоков генов, обеспечивающих высокий уровень адаптации к меняющимся условиям окружающей среды: островков пандемичности VSP-Ι (Vibrio seventh Рandemic Island) и VSP-ΙΙ. К основным генетическим различиям классического и токсигенного eltor-биоваров относят различия в нуклеотидных последовательностях генов ctxB, tcpA, hlyA и rtxA-rtxD, кодирующих соответственно биосинтез энтеротоксинов, основной субъединицы токсинкорегулируемых пилей адгезии (ТКПА), продукцию термолабильного гемолизина и порообразующего токсина RTX (repeet toxin) [17, 19, 20]. Негемолитические токсигенные вибрионы эльтор менее вирулентны по сравнению с классическими, вследствие чего до 80 % людей, зараженных данными микроорганизмами, переносят легкую, часто бессимптомную форму заболевания [12]. В 90-е годы ХХ столетия произошло важное событие в эволюции генома возбудителя холеры Эль-Тор - возникли генетически измененные варианты, вирулентность которых оказалась выше, чем у типичных штаммов V. cholerae eltor (Hly- , ctx+ ) [14; 19], что, по мнению некоторых авторов, приводит к «изменению стандартного развития эпидемического процесса» [5]. По сравнению с типичными штаммами холерного вибриона Эль-Тор геном новых вариантов содержит, помимо эльторовских, ключевые гены классического биотипа - ctxBCl , кодирующего биосинтез энтеротоксина классического типа, и rstRa , основного репрес-сора репликации фаговых частиц. Такие генетически измененные штаммы холерного вибриона Эль-Тор получили название гибридных, они продуцируют вместо эльторовского классический тип энтеротоксина (ХТ1) и в значительно большем количестве по сравнению с типичными V. cholerae eltor (Hly-, ctx+). Вследствие этого холера, обусловленная генетически измененными вибрионами Эль-Тор, протекает по типу классической (азиатской), преимущественно с контактно-бытовым и пищевым путями передачи возбудителя. Клинически это выражается в более тя желом течении заболевания, летальность достигает до 20% [21, 22]. В свете вышеизложенного в настоящей работе изучали клинико-эпидемиологические особенности холеры, вызванной типичными и гибридными вариантами холерного вибриона Эль-Тор, на примере вспышек холеры, имевших место в Ставропольском крае (1970-1975 гг. и 1990 г.) и в Республике Дагестан (1970-1981гг. и 1994 г.). Материалы и методы В работе использованы результаты микробиологических и генетических исследований штаммов V. cholerae O1 биотип eltor, выделенных от больных и вибриононосителей (119 штаммов) и из воды родника и сточных вод (25 штаммов) в период вспышки холеры в 1990 г. в Ставрополе, а также 250 клинических изолятов холерного вибриона Эль-Тор, выделенных во время эпидемии холеры в 1994 г. в Республике Дагестан. Проведен клинико-эпидемиологический анализ 356 историй болезни и данных о вибрионо-носителях из очагов холеры в Ставропольском крае и Ставрополе и Дагестане (Бабаюртовский, Каякент-ский, Кизлярский районы, города Избербаш, Дербент). Микробиологические исследования штаммов холерного вибриона Эль-Тор проводили общепринятыми методами [4], эпидзначимость данных микроорганизмов определяли по наличию генов ток-синообразования с помощью ПЦР-тест-системы «ГенХолл» производства ФКУЗ НИПЧИ «Микроб» Роспотребнадзора. Обнаружение гибридных вариантов и генотипирование штаммов холерного вибриона Эль-Тор осуществляли посредством ПЦР-анализа с применением набора праймеров, разработанного в ФКУЗ Ставропольский противочумный институт Роспотребнадзора [9]. Результаты и обсуждение Результаты микробиологических и генетических исследований представлены в табл. 1, из которой следует, что микроорганизмы, выделенные от больных холерой и вибриононосителей, из воды родника и сточных вод в 1990 г. в г. Ставрополе, являются штаммами V. cholerae O1 биотип eltor (Hly- , ctx+ ), обозначенными нами как типичный вариант холерных вибрионов Эль-Тор Ι генотипа. Клинические изоляты, выделенные от больных холерой и вибрио-ноносителей в 1994 г. в Дагестане, оказались генетически измененными - гибридными вариантами холерного вибриона Эль-Тор (ΙΙ и ΙΙΙ генотипы). Установлено, что патогенетические особенности типичного (действие на энтероциты тонкой кишки холерного токсина 2-го типа) и гибридного варианта холерного вибриона Эль-Тор (действие на энте-роциты тонкой кишки холерного токсина 1-го типа) определили характер и выраженность клинических проявлений инфекционного процесса (табл. 2). Анализируя представленные в табл. 2 данные, можно придти к выводу, что холера, обусловленная типичными токсигенными холерными вибрионами 32 Таблица 1 фенотипические и генотипические свойства токсигенных типичных V. cholerae O1 биотип eltor и их генетически измененных вариантов, выделенных на Кавказе Место, год выделения, Фенотипические тесты Количество изолятов с детектируемыми генами Гено тип количество штаммов V. cholerae 01 биотип eltor АКЭ полимиксин ФП Фаг С Фаг Эль-Тор rstREl rstRcl ctxA ctxBEl CtxBcl rstC Вариант 32 32 32 Ставрополь, 1990 (боль- +R + - + ные, вибриононосители, вода родника) (n = 144) Дагестан, 1994 ± R, S + - ± (больные,вибрио-ноносители) (n = 250) Примечание: АКЭ - агглютинация куриных эритроцитов; ФП - реакция Фогеса-Проскауэра. 31 0 31 3 31 3 32 32 Типич ный 31 3 31 Гибрид 3 Гибрид ΙΙ ΙΙΙ 0 Ι Эль-Тор (I генотип), характеризуется более легким течением (89,8 % случаев) по сравнению с заболеваниями, вызванными гибридными вариантами Эль-Тор (60,7% случаев легких форм). Течение болезни средней тяжести и тяжелое наблюдалось соответственно в 8,8 и 8 % (типичный Эль-Тор) и 21,5 и 18% случаев (гибридный вариант Эль-Тор). Количество летальных исходов при холере, вызванной типичным холерным вибрионом Эль-Тор, в 1990 г. в Ставрополе не зарегистрировано, в Дагестане оно составило менее 1% в 1970-1981 гг. При холере, обусловленной гибридными вариантами Эль-Тор, в 1994 г. этот показатель составил в среднем по Дагестану 1% и 4,8% по некоторым районам республики. Соотношение числа больных и вибриононосителей - 1:2,4 и 1:1,1 соответственно при холере, вызванной типичными и гибридными вариантами вибриона Эль-Тор. Таким образом, холера, обусловленная гибридными вариантами холерного вибриона Эль-Тор, по своему течению соответствует классической (азиатской) холере, при которой количество больных с обезвоживанием Ш-ГУ степени составило 18%. Изучая зависимость характера эпидемического процесса от биологических свойств различных вариантов токсигенных вибрионов Эль-Тор (табл. 3), мы пришли к выводу, что эпидемический тип проявления холеры Эль-Тор определяется как типичным V. cholerae Ol биотип eltor (Hly , ctx+ ), так и гибридными вариантами холерного вибриона Эль-Тор с генетической формулой ctxBCl, rstREl, rstRCl, rstC. При этом показатели заболеваемости и инфицированно-сти при холере, вызванной типичными токсигенны-ми холерными вибрионами Эль-Тор, колебались соответственно от 0,5 до 19,6 и от 0,5 до 28 на 100 тыс. населения, а обусловленные гибридными вариантами холерного вибриона Эль-Тор составили соответственно 55,8 и 117,6 на 100 тыс. населения. В некоторых районах Дагестана в 1994 г. показатели инфицированности населения гибридными вариантами Эль-Тор были еще выше - 568,1 на 100 тыс. населения (г. избербаш) и 697,5 на 100 тыс. населения (Каякентский район) [7]. Механизм заражения типичным или гибридным вариантом холерного вибриона Эль-Тор один - фекально-оральный. Однако основной путь реализации этого механизма для типичного вибриона Эль-Тор - водный (97 % в Ставрополе в 1990 г. и 80 % в Дагестане в 1970-1981 гг.), а для гибридного варианта Эль-Тор - контактно-бытовой (58,3 % в Дагестане в 1994 г.). Контактно-бытовой путь передачи возбудителя болезни был доминирующим в горных районах Дагестана в 1994 г., его удельный вес достигал 64,6-96,4 % (Шалинский, Тляратинский районы) [7]. При этом количество очагов с 2 случаями и более холеры, обусловленной типичными вибрионами Эль-Тор, составило 22% (Ставрополь, 1990). Первичные заражения здесь реализовывались непосредственно в семьях, все члены которых находились в одинаковых условиях водопользования родниковой водой, зараженной типичными холерными вибрионами Эль-Тор. Этот показатель оказался значительно более низким (12%) в Дагестане в 1970-1981 гг., когда первичные заражения происходили за пределами семейного очага при употреблении для питья и хозяйственно-бытовых нужд воды поверхностных водоемов, зараженных типичными вибрионами Эль-Тор. Семейные очаги вообще не были зарегистрированы при спорадической заболеваемости холерой, вызванной типичными вибрионами эльтор. В 1994 г. в Дагестане во время эпидемии холеры, вызванной гибридными вариантами Эль-Тор, занос холеры в семью с последующим распространением Таблица 2 Количество случаев и тяжесть течения холеры, вызванной типичными (1) и гибридными вариантами (2) холерного вибриона Эль-Тор Тяжесть течения холеры Эль-Тор Количество случаев 1 2 Ставрополь, 1990 Дагестан, 1994 абс. % абс. % Легкое течение (Ι-ΙΙ степень 44 89,8 687 60,7 дегридатации) Течение средней тяжести (ΙΙ-ΙΙΙ 4 8,8 241 21,5 степень дегридатации) Тяжелое течение (ΙΙΙ-IV сте- 1 8,0 201 18,0 пень дегридатации) Вибриононосители 21 30,0 1240 58,6 Летальный исход 0 0 24 1,0 33 ЭПИДЕМИОЛОГИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ, № 5, 2012 Таблица 3 Характеристика некоторых показателей эпидемического процесса холеры, обусловленной типичными (1) и гибридными (2) вариантами V. cholerae 01 eltor Ставропольский край Дагестан Показатель 1970-1975 1990 1970-1981 1994 1 1 1 2 Абсолютное число больных/ вибриононосителей 10/0 49/21 60/196 1119/1240 Заболеваемость на 100 тыс. населения ,5 -1 ,5 0, 19,6 2,5 55,8 Инфицированность на 100 тыс. населения 0,5-1,5 28 12,8 117,9 Очаговость (доля очагов с 2 случаями и более), % 0 22 12 67 Инфицированность контактных лиц (в семье, на работе, по месту учебы и т. д.), % 0 В семье 22 В семье 10-12 В семье 40,3 на работе 27,2 по месту учебы 1,36 Фактор передачи возбудителя, % Вода водоемов Вода родника Вода водоемов К/б факторы, пища, вода Путь передачи возбудителя, % Водный 100 Водный 97 Водный 80, пищевой 15, к/б 5 К/б 58,3, пищевой 15, водный 3,3 Характер заболеваемости (форма реализации эпид-процесса) Выявление первого случая холеры Генез случаев холеры П р и м е ч а н и е . К/б - контактно-бытовой. Спорадическая Эпидемиче ская Спорадическая Манифестация Завозной Эпидемическая Таблица 4 функциональные взаимосвязи в системе эпидемического процесса при холере, обусловленной типичными токсигенными (1) и гибридными (2) вариантами холерного вибриона Эль-Тор Уровень системы Характеристика состояния уровня системы эпидпроцесса эпидпроцесса 1 2 Социально экологический Экосистемный Паразитарная система Организменный Тканево-органный Клеточный Субклеточный Типичные эпидемические вспышки, эпидемическое и пандемическое распространение при низком санитарном и коммунальном барьерах Токсигенные клоны типичных холерных вибрионов Эль-Тор в воде поверхностных водоемов при температуре воды выше 16°С в период вспышки холеры Циркуляция в популяции хозяина популяций типичных токси-генных холерных вибрионов Эль-Тор с выходом возбудителя в окружающую среду Клинически выраженные случаи заболеваний, количество которых невелико (8-10%). Преобладают легкие формы холеры (до 80-90%) Колонизация тонкой кишки хозяина, связывание холерного токсина 2-го типа (ХТ2) с Gm1 рецепторными клетками, активация в них систем аденилатциклазы и циклического аденозинмонофосфата, результатом чего являются выход воды и солей K+ и Na+ в просвет кишки Продукция типичным холерным вибрионом токсина эльторов-ского типа - ХТ2 Наличие в хромосоме типичного холерного вибриона Эль-Тор генов вирулентности: ctxA, ctxBE, tcpA, toxR и генов профагов VPI-1 ,VPI-2 Интенсивные эпидемические вспышки с большим числом заболевших и вибриононосителей, продолжительные во времени и пространстве. Пандемическое распространение при низком санитарном и коммунальном барьерах Высокотоксигенные клоны гибридных вариантов холерного вибриона Эль-Тор на загрязненных руках, предметах обихода, в приготовленной грязными руками пище. Циркуляция в воде водоемов клонов гибридного варианта холерного вибриона Эль-Тор в период вспышки холеры незначительна Циркуляция в популяции хозяина популяций гибридных вариантов холерного вибриона Эль-Тор с выходом в окружающую среду Количество клинически выраженных случаев заболеваний относительно велико (39,5%). Преобладают легкопротекаю-щие формы холеры (60,5%) Тот же процесс взаимодействия, но протекающий более интенсивно за счет большого количества и качественно иного холерного энтеротоксина классического типа - ХТ1 Высокая продукция гибридным вариантом холерного вибриона Эль-Тор токсина классического типа - ХТ1. Наличие в хромосоме гибридного варианта генов вирулентности ctxA, ctxBCl , tcpA, toxR, rstRE +, rstR Cl и генов профагов VPI-1 и VPI-2 среди ее членов был обусловлен бытовыми факторами передачи при низком санитарном уровне населения, свидетельством чего являются случаи обнаружения гибридного варианта Эль-Тор в очагах в смывах с кухонного стола, умывальника, унитаза, ручек дверей в туалете. Анализ 84 очагов холеры в Дербенте и 38 очагов в сельской местности Дербентского и Каякентского районов показал, что количе ство очагов с 2 и более случаями инфицированности (больные и вибриононосители) оказалось довольно большим и было равно в Дербенте 37,6%, а в сельской местности - 43,3%. Имели место и очаги с 4-7 случаями. В целом по республике очаговость составила: на 3 административных территориях 25,1%, на 4-41,8%, на 24 - 50,2-94,7% [3]. Инфицированность в семьях типичным холерным 34 вибрионом Эль-Тор была на уровне 22% в Ставрополе в 1990 г. и 10-12% в Дагестане в 1970-1981 гг., а гибридным вариантом Эль-Тор в Дагестане в 1994 г. - 40,3%. В отличие от холеры, обусловленной типичными холерными вибрионами Эль-Тор, контактных лиц и больных холерой выявляли в Дагестане в 1994 г. по месту работы (27,2%), учебы (1,36%), в холерных госпиталях (4,4 %), в режимном учреждении (0,99%). Первые выявленные случаи холеры, вызванной типичными или гибридными вариантами вибриона Эль-Тор, были завозными и манифестными. Эффективность системы эпидемиологического надзора за инфекционными заболеваниями во многом зависит от знания сложной, многоуровневой системы эпидемического процесса, функционирование которой определяется биологическими свойствами популяций возбудителя и хозяина, а также социальноэкономическими и природно-экологическими условиями [11]. Характеристики функциональных взаимосвязей в системе эпидемического процесса на различных уровнях при холере, обусловленной типичными и гибридными вариантами холерных вибрионов Эль-Тор, представлены в табл. 4. Таким образом, выявленные на всех уровнях системы эпидемического процесса клиникоэпидемиологические особенности холеры, вызванной типичными или гибридными вариантами вибрионов Эль-Тор, определяются их биологическими свойствами, связанными со спецификой молекулярно-генетической организации данных микроорганизмов. Обнаруженные особенности генетической структуры генома, факторов и путей передачи возбудителя современной холеры Эль-Тор следует учитывать при совершенствовании программы эпидемиологического надзора в плане усиления противоэпидемических и профилактических мероприятий при холере, этиологическим фактором которой являются гибридные варианты холерного вибриона Эль-Тор.

About the authors

V. N. Savelyev

Federal Treasury Institution of Healthcare “Stavropol Anti-plague Institute” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection andHuman Well-being

13-15, Ul. Sovetskaya, Stavropol, Russian Federation, 355035

I. V. Savelyeva

Federal Treasury Institution of Healthcare “Stavropol Anti-plague Institute” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection andHuman Well-being

13-15, Ul. Sovetskaya, Stavropol, Russian Federation, 355035

B. V. Babenyshev

Federal Treasury Institution of Healthcare “Stavropol Anti-plague Institute” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection andHuman Well-being

13-15, Ul. Sovetskaya, Stavropol, Russian Federation, 355035

A. N. Kulichenko

Federal Treasury Institution of Healthcare “Stavropol Anti-plague Institute” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection andHuman Well-being

Email: snipchi@mail.stv.ru
13-15, Ul. Sovetskaya, Stavropol, Russian Federation, 355035

References

Supplementary files