RAPPORTI OSPITE-PARASSITA NELLE INFEZIONI BATTERICHE E VIRALI

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1 RAPPORTI OSPITE-PARASSITA NELLE INFEZIONI BATTERICHE E VIRALI Dott. Esin SNT2/4 2009

2 IL IL RAPPORTO TRA TRA L OSPITE ED ED IL IL PARASSITA E E UNA UNA RELAZIONE ALTAMENTE DINAMICA Risposta dell'ospite all'invasione dei batteri (fese aspecifiche, immunità specifica) Caratteristiche dei microrganismo invasori che conferiscono loro la la capacità produrre malattia

3 DEFINIZIONI Parassita Microrganismo che vive sulla superficie o all'interno un altro organismo detto ospite Contagio Implica il semplice contatto, trasmissione da un ospite o da una sorgente infezione Infezione Processo con cui un m.o. infetta o colonizza il suo ospite. Implica la moltiplicazione nei tessuti. NON E' SINONIMO DI MALATTIA Malattia Processo morboso. L'infezione è seguita da danno tisutale, moficazioni patologiche, sintomi clinici. Patogenicità Capacità un microrganismo causare malattia Virulenza Capacità un microrganismo invadere e moltiplicarsi in un tessuto (C. tetani è poco virulento, ma molto patogeno) Fattori virulenza Insieme tutte quelle proprietà un microrganismo che facilitano la colonizzazione e la moltiplicazione in un ospite (capacità aderire al tessuto, determinare lesioni tissutali, eludere le fese naturali e specifiche ecc)

4 LA LA PIRAMIDE DEI DEI MICRORGANISMI PATOGENI FRANCHI PATOGENI OPPORTUNISTI NON PATOGENI (FLORA NORMALE

5 LA FLORA NORMALE DELL'UOMO È stato stimato che il corpo umano è costituito da circa cellule cui solo il 10% sono cellule mammifero. Il resto sono cellule microrganismi che costituiscono la FLORA RESIDENTE o NORMALE dell'ospite. NASCITA: il bambino è sterile POCHI GIORNI DI VITA: colonizzazione superfici corporee rettamente o inrettamente a contatto con l'ambiente esterno: CUTE, CAVO ORALE, VIE AEREE SUPERIORI, APPARATO GASTRO- INTESTINALE, APPARATO URO-GENITALE FLORA NORMALE microrganismi che si inseano sulla cute o sulle mucose in conzioni salute RESIDENTE Tipi Tipi relativamente relativamente fissi fissi microrganismi microrganismi che che si si trovano trovano regolarmente regolarmente in in una una dato dato sito sito corporeo corporeo ad ad una una certa certa età. età. Quando Quando viene viene alterata alterata viene viene prontamente prontamente ricostituita. ricostituita. TRANSITORIA microrganismi microrganismi non non patogeni patogeni oo potenzialmente potenzialmente patogeni patogeni che che albergano albergano sulla sulla cute cute o o sulle sulle mucose mucose solo solo temporaneamente temporaneamente

6 La composizione della flora normale varia nei versi stretti corporei uno stesso inviduo È relativamente costante tra invidui versi nell ambito uno stesso stretto corporeo La composizione della flora normale rimane costante per: -presenza recettori per l'adesione -conzioni locali ambientali (umità, PH, nutrienti) che sono ottimali per lo sviluppo alcune specie e generi e non altri

7 Numero batteri che colonizzano i versi stretti del nostro organismo i valori rappresentano il numero batteri per grammo tessuto o fluido o per cm quadrato pelle

8 LA FLORA NORMALE NON È UNA SEMPLICE PRESENZA PASSIVA, MA CONTRIBUISCE IN VARIO MODO ALLA SALUTE DELL'OSPITE EFFETTI BENEFICI DELLA FLORA RESIDENTE competizione per sostanze nutritizie competizione per recettori cellulari superficie (adesione) produzione inibitori (batteriocine, H 2 O 2, aci) stimolazione anticorpi a reattività crociata SVILUPPO E STIMOLAZIONE DEL SISTEMA IMMUNITARIO PPRODUZIONE DI COFATTORI E VITAMINE (vitamina K) CONSEGUENZE NEGATIVE ASSOCIATE CON L'ASSENZA O LA SOPPRESSIONE DELLA FLORA RESIDENTE FLORA NORMALE ASSENTE (animali "germ free") Pareti intestinali sottili Villi intestinali poco sviluppati Scarso assorbimento nutrienti Deficienze vitaminiche Ridotte fese immunitarie FLORA NORMALE SOPPRESSA (prolungata terapia antibiotica) Crescita smisurata microrganismi resistenti ai farmaci Colonizzazione da parte specie esogene o specie endogene a più alto potere patogeno

9 PRINCIPALI MECCANISMI ATTRAVERSO I QUALI LA FLORA MICROBICA NORMALE DIFENDE IL NOSTRO ORGANISMO DAI BATTERI PATOGENI

10 I PATOGENI OPPORTUNISTI Microrganismi che provocano malattia traendo vantaggio da un deficit localizzato o generalizzato delle fese antimicrobiche un ospite. A) lesioni delle barriere cutanee e mucose, traumi B) fese immunitarie locali o generali MALATTIA CUTE CUTE Meccanismo fesa alterato: Alterazione della barriera meccanica, chimica o microbiologica per ferite chirurgiche, ferite traumatiche, ustioni, prolungate terapie antibiotiche Esempi: VIE VIE AEREE AEREE Meccanismo fesa alterato: Alterazione dell effetto protettivo del muco e delle ciglia vibratili per: infezioni virali, fetti immunitari (fibrosi cistica), inalazione gas tossici (fumo), perfrigerazione, assunzione alcool, farmaci (morfina), manovre chirurgiche (tracheotomia, respiratori) Tipi patogeni opportunisti: S. aureus, S. pyogenes E. coli, P. aeruginosa, Klebsielle, C. perfringens, C. tetani funghi opportunisti Tipi patogeni opportunisti: S. aureus, S. pyogenes S. pneumoniae, H. influenzae funghi opportunisti

11 APPARATO APPARATO URINARIO URINARIO Meccanismo fesa alterato: Interruzione del flusso urina che fa sì che gli organismi infettanti vengano regolarmente lavati per: anomalie congenite, ostruzioni acquisite (gravidanza, ingrossamneto della prostata, calcoli), cateterizzazione, cistoscopia, malattie della vescica Tipi patogeni opportunisti: E. coli, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, S. aureus, S. epidermis, enterococchi VALVOLE VALVOLE CARDIACHE CARDIACHE Esempi: DEFICIENZE DEFICIENZE NELLA NELLA RISPOSTA RISPOSTA INFIAMMATORIA INFIAMMATORIA ED ED IMMUNITARIA IMMUNITARIA Meccanismo fesa alterato: Difetti nella fagocitosi, produzione Ac, complemento, immunità cellulo-meata per cause: PRIMARIE (eretarie) SECONDARIE (acquisite); malnutrizione, neoplasie, terapie immunosoppressive, trapianti d organo, infezioni ch causano immunosoppressione (HIV, morbillo, EBV, CMV, M. tuberculosis Tipi patogeni opportunisti: E. coli, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, S. aureus, S. epidermis, enterococchi Meccanismo fesa alterato: Malformazioni congenite od acquisite possono presporre ad una colonizzazione da parte batteri a virulenza normalmente bassa come gli streptococchi viridanti che entrano nel circolo sanguigno per es: in seguito a chirurgia orale

12 I PATOGENI NOSOCOMIALI 5% 5% 15% 15% 40% 20% Infezioni dell'apparato urinario (cateterismi) infezioni delle ferite chirurgiche infezioni delle basse vie respiratorie (da manovre endoscopiche nei reparti rianimazione) batteriemie infezioni della cute Sostengono Sostengono infezioni infezioni che che si si contraggono contraggono durante durante il il soggiorno soggiorno in in ospedale ospedale da da parte parte pazienti pazienti che che vi vi vengono vengono ricoverati ricoverati per per altre altre cause cause (6.8% (6.8% percentuale percentuale ricoverati ricoverati che che contrae contrae un infezione un infezione nosocomiale) nosocomiale) Altro SOSTENGONO INFEZIONI: ENDOGENE: l'agente infettivo proviene rettamente dalla flora del paziente ESOGENE: dovute a microrganismi provenienti dall'ambiente ospedaliero (strumenti, cibi, impianti aria conzionata, vasche, bende) o dal personale meco e parameco (mani, goccioline) PRINCIPALI MICRORGANISMI COINVOLTI Gram %: E. coli, P. aeruginosa, Proteus, Serrazia, Enterobacter, Acinetobacter baumannii, Stenotrophomonas maltophilia Gram+: S. aureus, E. faecalis

13 GLI GLI AGENTI PATOGENI FRANCHI Microrganismi dotati elevato potere patogeno e fattori virulenza che gli permettono sopraffare/evadere le fese dell ospite e causare malattia quasi ogni volta che incontrano un ospite sensibile: INVASIVITA capacità oltrepassare le barriere naturali della cute o delle mucose e moltiplicarsi in un tessuto/organo con conseguente danno patologico. ES: Salmonella typhi, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, M. tuberculosis I patogeni franchi/opportunisti causano malattia con due principali meccanismi ENTRAMBI (germi con una patogenicità multifattoriale) ES: Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus PRODUZIONE DI TOSSINE capacità produrre sostanze ad attività tossica nei confronti cellule o tessuti con conseguente danno patologico. ES: Clostrium tetani, Clostrium botulinum, Corynebacterium phtheriae

14 INVASIVITÀ BATTERICA Un Un microrganismo è invasivo grazie a vari vari meccanismi: E CAPACE DI EVADERE (CIOE ELUDERE, AGGIRARE) LE DIFESE ASPECIFICHE DELL OSPITE) E CAPACE DI EVADERE (CIOE ELUDERE, AGGIRARE) LE DIFESE SPECIFICHE DELL OSPITE PRODUCE FATTORI CHE PROMUOVONO LA SUA PENETRAZIONE NEI TESSUTI (INVASINE)

15 EVASIONE DEI MECCANISMI DIFENSIVI DELL IMMUNITÀ NATURALE

16 A B EVASIONE DELL ATTIVITA DEI FAGOCITI: Resistenza alla fagocitosi (il germe evita farsi fagocitare; A,B,C); Il germe sopravvive all interno dei fagociti (viene fagocitato, ma evade i meccanismi batterici del fagocita; D,E,F) C D E F

17 Classificazione degli agenti patogeni in base alla loro localizzazione cellulare Agenti patogeni intracellulari OBBLIGATI/FACOLTATIVI Citoplasma Vacuolo Agenti patogeni extracellulari Spazi interstiziali sangue, linfa Superfici epiteliali Sito infezione Organismo Virus Chlamya spp. Rickettsia spp. Lysteria monocytogenes Protozoi Mycobacterium Salmonella spp. Leishmania spp. Listeria spp. Trypanosoma spp. Legionella pneumophila Cryptococcus neoformans Hystoplasma Yersinia pestis Virus Batteri Funghi Protozoi Neisseria gonorrhoeae Mycoplasma Streptococcus pneumoniae Vibrio cholerae Escherichia coli Canda albicans Helicobacter pylori Immunità protettiva Linfociti T citotossici, ADCC, cellule NK Attivazione dei macrofagi T- pendente Anticorpi, complemento, fagocitosi, Anticorpi (IgA), fagocitosi

18 EVASIONE DEI MECCANISMI DIFENSIVI DELL IMMUNITÀ SPECIFICA

19 Inattivazione IgA secretorie meante la produzione IgA proteasi (es: Neisserie) Mimetismo Mimetismo molecolare: molecolare: presenza presenza Ag Ag batterici batterici molto molto simili simili od od identici identici a quelli quelli dell ospite dell ospite (es: (es: capsula capsula acido acido ialuronico ialuronico Streptococcus Streptococcus pyogenes) pyogenes) Esistenza Esistenza tipi tipi antigenici antigenici multipli: multipli: molti molti batteri batteri patogeni patogeni esistono esistono in in natura natura come come tipi tipi antigenici antigenici multipli multipli in in modo modo da da aumentare aumentare la la possibilità possibilità per per la la specie specie trovare trovare un un ospite ospite non non immunizzato immunizzato (es: (es: più più sierotipi sierotipi S. S. pneumoniae pneumoniae in in base base ai ai polisaccari polisaccari capsulari, capsulari, tipi tipi sierologici sierologici S. S. pyogenes pyogenes in in base base al al tipo tipo proteina proteina M ecc..) ecc..) Induzione Induzione nell ospite nell ospite uno uno stato stato immunosoppressione: alcuni alcuni patogeni, patogeni, soprattutto soprattutto virus virus (HIV, (HIV, virus virus del del morbillo) morbillo) e protozoi protozoi raramente raramente batteri batteri (Mycobacterium( (Mycobacterium tuberculosis), tuberculosis), causano causano uno uno stato stato immunosoppressione nell ospite nell ospite che che deternima deternima una una ridotta ridotta capacità capacità rispondere rispondere a tutti tutti gli gli Ag Ag inclusi inclusi quelli quelli del del patogeno patogeno Variazione Variazione antigenica: antigenica: possibilità possibilità variare variare periocamente periocamente il il proprio proprio repertorio repertorio antigenico antigenico (es: (es: pili pili Neisseria Neisseria gonorrhoeae, gonorrhoeae,, flagelli flagelli Salmonella, Salmonella, errori errori introdotti introdotti da da RT RT HIV) HIV)

20 INVASIVITA BATTERICA: PRODUZIONE DI TOSSINE ED ENZIMI (INVASINE) CHE DIGERISCONO IL TESSUTO E FACILITANO LA DIFFUSIONE DELL INFEZIONE Ialuronidasi (enzima inducibile prodotto da clostri, streptococchi, sfilococchi); idrolizza l'acido ialuronico del connettivo Collagenasi (prodotto da C. perfringens); lisa il collagene del tessuto muscolare Streptochinasi, Stafilochinasi Converte il plasminogeno inattivo in plasmina che gerisce la fibrina e previene la formazione dei coaguli Neuraminidasi (prodotta da patogeni intestinali come V. cholerae o S. dysenteriae); degrada l'acido neuraminico (ac. Sialico), un cemento intercellulare delle cellule epiteliali della mucosa intestinale) Lipasi, proteasi ecc.. Numerosi enzimi extracellulari gestivi con funzioni correlate alla nutrizione o al metabolismo. Ruolo nell'invasione??

21 PRODUZIONE DI TOSSINE Un Un importante meccanismo patogenicità batterica: TOSSINE BATTERICHE: molecole con attività tossica nei confronti dell ospite; la produzione tossine è uno dei meccanismi principali con cui i batteri causano le malattie (es: tetano, fterite, pertosse, colera) ENDOTOSSINE componenti strutturali; quasi sempre rilasciate in seguito a lisi ESOTOSSINE rilasciate nel mezzo esterno da cellule vitali

22 Proprietà Endotossine Esotossine Natura chimica Localizzazione in rapporto alla cellula batterica Sensibilità alla denaturazione termica Modalità azione e sintomatologia Complessa: lipopolisaccaride (MW: c.a. 10 kda) Componenti della membrana esterna dei batteri Gram- Termostabili Non specifica; febbre, infiammazione Proteine (MW: c.a kDa) Secrete Termolabili Attività enzimatica Nessuna Di solito Tossicità Immunogenicità Relativamente poco potenti: LD 50 nel topo: µg/animale Relativamente poco immunogeniche: la risposta immunitaria non è sufficiente a neutralizzare la tossina Specifica; citotossine, enterotossine, neurotossine con azione specifica su cellule e tessuti Altamente tossiche, spesso fatali: LD 50 tossina botulinica nel topo: 25pg Altamente immunogeniche: stimolano la produzione anticorpi neutralizzanti (antitossine) Potenzialità del tossoide Nessuna Il trattamento della tossina con formaldeide elimina la tossicità, ma non l'immunogenicità (tossoide) Attività piretica Spesso inducono febbre nell'ospite Non inducono febbre nell'ospite

23 CLASSIFICAZIONE DELLE ESOTOSSINE BATTERICHE a) In base al tipo cellulare su cui agiscono Tipo Proprietà Esempi CITOLITICHE Emolisine, leucocine ENTEROTOSSINE NEUROTROPE PANTROPE Ledono le membrane specifiche cellule bersaglio determinandone la morte Attive sulle cellule della mucosa intestinale. Causano in genere arrea Attive sulle cellule del sistema nervoso centrale o periferico Capaci determinare il loro effetto tossico su vari tipi cellulari dotati dei recettori idonei Streptolisina O Emolisine stafilococciche Tossina colerica Enterotossine stafilococciche Enterotossine E. coli Tossina tetanica, botulinica Tossina fterica

24 b) In base al sito del bersaglio azione EXTRACELLULARE EXTRACELLULARE (es: (es: tossina tossina epidermolitica epidermolitica S. S. aureus) aureus) A LIVELLO LIVELLO DELLA DELLA MEMBRANA MEMBRANA CELLULARE CELLULARE (es: (es: tossine tossine citolitiche, citolitiche, solito solito monomeriche) monomeriche) a) a) formazione formazione canali canali o o pori pori nella nella membrana membrana b) b) azione azione enzimatica enzimatica sui sui lipi lipi membrana membrana (fosfolipasi: (fosfolipasi: es es tossina tossina a a C. C. perfringens, perfringens, emolisina emolisina termolabile termolabile P. P. aeruginosa) aeruginosa) ALL'INTERNO ALL'INTERNO DELLA DELLA CELLULA CELLULA (la (la maggior maggior parte parte delle delle tossine; tossine; solito solito multimeriche; multimeriche; costituite costituite da da un un frammento frammento A (active) (active) e e da da un un frammento frammento B B (binng). (binng).

25 EFFETTI BIOLOGICI DELL'ENDOTOSSINA Le endotossine, inoculate in un animale a loro sensibile, danno luogo ad una vasta gamma sintomi in conseguenza del loro effetto su versi organi e sistemi. Qualsiasi apparato o cellula dell'organismo sembra rispondere sia in vitro che in vivo allo stimolo endotossico. Piccole dosi endotossina Bersagli Monocitimacrofagi Neutrofili Linfociti B Complemento Attività Sintesi IL-1 e TNF Rilascio amine vasoattive Attivazione Attivazione Effetti Febbre Vasolatazione Produzione anticorpi Infiammazione Alte dosi endotossina Coagulazione intravasale Shock Alterazione della funzionalità molti organi

26 L'ENDOTOSSINA DI DI SOLITO UN UN IMMUNOSTIMOLANTE TALVOLTA UNA UNA "TOSSINA"

27 BERSAGLI DELL'ENDOTOSSINA A) BERSAGLI CELLULARI Stimola la la fagocitosi LPS Determina la la fferenziazione e la la proliferazione Induce Induce il il rilascio rilascio meatori meatori solubili solubili B) BERSAGLI SOLUBILI Complemento LPS Sistema Sistema della della coagulazione coagulazione

28 MONOCITI E MACROFAGI TISSUTALI rappresentano il bersaglio cellulare principale dell endotossina 1) Attivazione forte aumento della velocità fagocitosi aumento della produzione enzimi lisosomiali produzione delle specie ridotte dell'ossigeno e dell azoto 2) Produzione citochine IL-1 Attiva l'endotelio vascolare (induce l'espressione molecole adesione); Attiva i linfociti PIROGENO ENDOGENO FEBBRE TNF-alfa Citochina pleotropa, è probabilmente il meatore chiave della sintomatologia da intossicazione endotossinica; Effetto pirogeno; Stimola la produzione prostaglanne (PGE2 e PGI1) con conseguente azione sugli endoteli (aumento della permeabilità vasale, vasolatazione, ipotensione, shock emonamico; provoca la stimolazione dei linfociti T con aumento della produzione IFN-γ; induce l'aumento del metabolismo proteico (cachessia); provoca un rallentamento del metabolismo del ferro; agisce sul fegato con conseguente ipoglicemia. IL-6 Attivazione dei linfociti; Aumento della produzione anticorpi IL-8 Fattore chemiotattico per i neutrofili Attivazione dei PMN IL-12 Attiva le cellule NK; Induce la fferenziazione dei linfociti CD4 + in Th1 PAF Fattore attivazione piastrinica

29 LINFOCITI B GRANULOCITI, PIASTRINE, CELLULE ENDOTELIALI Linfociti B specie verse risultano versamente suscettibili Nel topo: marcata azione mitogena B Attivazione policlonale: oltre a vidersi le cellule B stimolate dall'endotossina maturano in cellule che secernono anticorpi (IgM, IgG) LPS è un Ag T-INDIPENDENTE

30 BERSAGLI UMORALI DELL'ENDOTOSSINA 1) il complemento

31 2) il sistema della coagulazione LPS INFIAMMAZIONE Liberazione amine vasoattive Attivazione del fattore Hageman (Fattore XII) COAGULAZIONE (via intrinseca) Fibrinogeno Fibrina FIBRINOLISI Plasminogeno Plasmina CONSUMO DEI FATTORI DELLA COAGULAZIONE E DELLE PIASTRINE CID coagulazione intravasale sseminata DEPOSITI DI FIBRINA NEL MICROCIRCOLO Vasolatazione periferica, ipotensione Sanguinamento Danno ischemico d organo Anemia emolitica microangiopatica

32 VISIONE D'INSIEME DEI MOLTEPLICI EFFETTI DELL ENDOTOSSINA RUOLO DELL'ENDOTOSSINA NELLO SHOCK ENDOTOSSICO Shock endotossico: grave quadro clinico che può accompagnare le setticemie da batteri Gram- caratterizzato da febbre, ipotensione, acidosi, insufficienza renale e respiratoria e nelle fasi finali da CID ed insufficienza d organo. Frequenza: 1% dei pazienti ospedalizzati sviluppa sepsi; 20-30% nei reparti terapia intensiva. Esito fatale: 40-60% dei pazienti, nonostante terapie antibiotiche.

33 LA CAPACITA DI PROVOCARE UNO SHOCK SETTICO NON E UNA PREROGATIVA DEI BATTERI GRAM NEGATIVI Gram- Gram+ Germe Induttore LPS Peptidoglicano Superantigene Cellula target Mf T Meatori IL-1 IL-6 TNF IL-2 IL-4 SHOCK

34 Gli agenti patogeni extracellulari evadono la risposta immune dell ospite eludendo la fagocitosi/il complemento Capacità Capacità legare legare IgA IgA e/o e/o IgG IgG e prevenire prevenire l opsonizzazione l opsonizzazione S. S. aureus aureus Streptococcus Streptococcus spp. spp. 5 1 Capsula Capsula con con attività attività antifagocitaria antifagocitaria S. S. pneumoniae pneumoniae H. H. influenzae influenzae N. N. meningitis meningitis Produzione Produzione proteasi proteasi per per componenti componenti complementari complementari Streptocchi gruppo B Streptocchi gruppo B 4 2 Liberazione Liberazione tossine tossine citolitiche citolitiche S. aureus S. aureus S. pyogenes S. pyogenes Espressione Espressione proteine proteine che che legano legano il il fattore fattore H inibendo inibendo l attivazione l attivazione del del complemento complemento S. S. pneumoniae pneumoniae S. S. aureus aureus S. S. pyogenes pyogenes 3

35 PRINCIPALI FASI DEL PROCESSO INFETTIVO CONTAGIO L agente infettivo incontra l ospite ADESIONE L agente infettivo si fissa stabilmente all ospite INFEZIONE (colonizzazione) L agente infettivo si moltiplica nell ospite nella sede entrata o a stanza DANNO L agente infettivo, la risposta dell ospite o entrambi causano danno tissutale CONSEGUENZE L agente infettivo o l ospite hanno il sopravvento o imparano a coesistere