Wąglik, jako broń biologiczna

Czynnik etiologiczny: Bacilus anthracis

Występowanie: całe świat

Zarodniki B.anthracis są b. oporne na czynniki środowiskowe i mogą przetrwać np. w glebie do 50 lat.

Choroba występuje u różnych zwierząt domowych oraz dzikich( kozy, owce, bydło, świnie, konie, bawoły itd.).

Ludzie ulegają zakażeniu poprzez kontakt z zakażonymi zwierzętami albo produktami zwierzęcego pochodzenia( lub glebą) zanieczyszczonymi zarodnikami.

Patogeneza Choroby

Czynniki wirulencji B.anthracis: otoczka, egzotoksyny białkowe( czynnik letalny- LF, czynnik powodujący obrzęk –EF). Zakażenie jest następstwem wniknięcia zarodników przez skórę lub błonę śluzową.

Dawka zakaźna dla człowieka wynosi 8000-50000 zarodników.

Zarodniki są fagocytowane przez lokalne makrofagi, w których następuje przejście w formę wegetatywną, produkcja toksyn i proliferacja.

Dochodzi do zmian patologicznych w tkankach, obrzęku, zmian krwotocznych, martwicy oraz spadku liczby leukocytów.

W przypadku postaci wziewnej wąglika, zarodniki są fagocytowane przez makrofagi pęcherzyków, makrofagi transportują je do węzłów chłonnych tchawicowo-oskrzelowych, gdzie odbywa się kiełkowanie.

Postacie kliniczne wąglika u człowieka:

(zależą od drogi wniknięcia zarodników do organizmu):

-Skórna

-Żołądkowo-jelitowa

-Wziewna(inhalacyjna), zwana również płucną

Wąglikowe zapalenie opon mózgowych-następstwo bakteriemii będącej powikłaniem każdej innej postaci choroby( rzadko bez innych postaci klinicznych).

Wąglik nie przenosi się z człowieka na człowieka niezależnie od formy klinicznej.

Postać skórna:

Występuje najczęściej (ok 95% przypadków wąglika).

Okres inkubacji: 24-72 godz(czasem do 2 tyg).

Bezbolesna, swędząca grudka.

Po 1-2 dniach powstaje pęcherzyk z surowiczo-krwistym płynem( tzw. Pustula maligna); otaczające tkanki często wykazują obrzęk.

W 5-6 dniu dochodzi do owrzodzenia, zmiana wysycha tworząc ciemniejący obszar martwicy( tzw. Black eschar-czarny strup).

Zmianom skórnym towarzyszą objawy ogólne: gorączka, złe samopoczucie, bóle głowy, obrzęk okolicznych węzłów chłonnych.

U osób nieleczonych- ok. 20 % przypadków postać skórna przechodzi w formę posocznicową kończącą się śmiercią.

Przy szybko rozpoczętej antybiotykoterapii śmiertelność jest mniejsza niż 1%, chociaż leczenie nie wstrzymuje postępu zmian skórnych.

Postać żołądkowo-jelitowa

Okres inkubacji: 1-7 dni.

Zmiany w gardle( u podstawy języka oraz na migdałkach), którymi towarzyszą objawy zapalenie gardła, trudności w połykaniu, reakcja zapalna ze strony okolicznych węzłów chłonnych.

Objawy ostrego zapalenia okrężnicy: gorączka, brak apetytu, nudności, wymioty(też krwawe), ból brzucha, krwista biegunka.

Często dochodzi do posocznicy i silnej toksemii.

Śmiertelność 25-60% ( nawet szybko podjęta antybiotykoterapia czasem nie zapobiega śmierci pacjenta).

Postać inhalacyjna(wziewna)

Okres inkubacji zwykle 1-6 dni, jednak opisywano wystąpienie objawów klinicznych po 43, a nawet 60 dniach od ekspozycji( prawdopodobnie zależy to od dawki).

Objawy początkowe są niespecyficzne: ból głowy, bóle mięśniowe, złe samopoczucie, szybkie męczenie się, gorączka; może dołączyć się suchy kaszel.

Objawy powyższe trwają 2-3 dni, a następnie u części pacjentów może wystąpić krótki okres poprawy.

Nagle pojawia się znacznego stopnia niewydolność oddechowa z dusznością, świszczącym oddechem, sinicą, bólem w klatce piersiowej i intensywnym poceniem się.

W ciągu 24-36h dochodzi do wstrząsu septycznego, kończącego się śmiercią w 80-100% przypadków, nawet przy odpowiedniej terapii.

W badaniu radiologicznym można stwierdzić charakterystyczne rozszerzenie śródpiersia, często też dochodzi do gromadzenia się wysięku w jamie opłucnej.

W USA w 2001 roku, z 11 przypadków postaci inhalacyjnej wąglika, 5 zakończyło się śmiercią pacjentów (45%).

Diagnostyka wąglika u człowieka

Postać skórna: charakterystyczne zmiany skórne, zwłaszcza na twarzy, szyi i ramionach. Badanie mikroskopowe i/lub hodowla( przed zastosowaniem antybiotyków).

Postać żołądkowo-jelitowa oraz inhalacyjna: diagnostyka jest dość trudna. Badanie bakteriologiczne( krew w okresie bakteriami, płyn z jamy opłucnowej), PCR, badanie immunohistochemiczne, badanie plwociny zwykle nie daje rozpoznania.

Test skórny z tzw. antraksyną (1957, ZSRR), brak danych dotyczących jego zastosowania w krajach zachodnich.

Leczenie

Postać skórna w formie łagodnej podaje się per os antybiotyk z grupy penicylin, tetracyklin lub inne- zależnie od wyników antybiogramu w formie bardziej zaawansowanej lub przy znacznego stopnia objawach ogólnych- wysokie dawki antybiotyków parenteralnie.

Postać żołądkowo-jelitowa oraz wziewna: wysokie dawki antybiotyków( zwykle dwóch lub więcej- w tym flurochinolony i doksycyklna) podawane dożylnie; leczenie wspomagające, usuwanie wysięku opłucnowego.

Postekspozycyjne w profilaktyce postaci inhalacyjnej- przez 30-60 dni( zależnie od sytuacji) podawany jest antybiotyk doustnie( ciprofloksacyna, doksycyklina, amoksycyklina).

Profilaktyka

Pierwszą szczepionkę p-wąglikowi opracował L. Pasteur( żywy atenuowany szczep B. anthracis).

Szczepionki do stosowania u ludzi zawierają komponenty białkowe uzyskane z hodowli( bezkomórkowy przesącz hodowli B. anthracis) lub stanowią zawiesinę żywych zarodników specjalnych szczepów( niewytwarzających otoczki).

Przykłady szczepionek: Anthrax Vaccine Adsorbed(USA)- na bazie jałowego przesączu hodowli bez otoczkowego i nieproteolitycznego szczepu B. anthracis produkt adsorbowany na wodorotlenku glinu zawiera głównie antygen ochronny (PA) oraz śladowe ilości EF i LF.

Anthrax Vaccine Precipited(Wielka Brytania) – przesącz hodowli bez otoczkowego, atenuowanego szczepu Sterne, zawiera większe ilości EF i LF.

STI-1 (ZSRR, Gruzja, Rosja)- zawiesina żywych zarodników.

Podobna do powyższej szczepionka produkowana jest również w Chinach.

Dostępne dane( zwłaszcza dotyczące preparatów na bazie filtratów z hodowli) wskazują na wysoką wartość uodporniającą szczepionek przy niskim odsetku efektów ubocznych( 0.7-2.4%), te ostatnie są raczej na łagodne i ustępują samoistnie w ciągu kilku dni.

Wąglik, jako czynnik ataku bioterrorystycznego

Zalety

-wąglik występuje w wielu rejonach na świecie i u różnych gatunków zwierząt- bakteria łatwa do zdobycia

-łatwy w hodowli

Głównym czynnikiem ataku byłby aerozol z przetrwalnikami B. anthracis( symulacje wskazują że rozpylenie 50 kg zarodników nad miastem liczącym 500 tys. Mieszkańców spowoduje 220 tys. Przypadków wąglika w tym 95 tys. Śmiertelnych).

Zarodniki są b. oporne na działanie czynników środowiskowych.

Choroba o ciężkim przebiegu, z dużym odsetkiem śmiertelności.

Wysokie koszty przeciwdziałania i zwalniacza( m.in. długotrwałe antybiotykoterapia).

Choroba występuje u różnych zwierząt domowych( agroterroryzm).

Wady

Choroba nie przenosi się z człowieka na człowieka.

DŻUMA

Czynnik etiologiczny: Yersina pestis

Zakażenie występuje u ludzi, gryzoni( zwłaszcza szczurów, wiewiórek ziemnych, piesków preriowych), zajęcokształtnych, kotowatych, niektórych psowatych, łasicowatych, i niektórych kopytnych( wielbłądy, kozy).

Transmisja zarazka odbywa się różnymi drogami(ukąszenia pcheł, wdychanie aerozolu zakaźnego, drogą alimentarną).

Istotną rolę w przenoszeniu choroby odgrywają pchły( pcha szczerza-Xenopsylla cheopis, pcha ludzka- Pulex irrtans, w mały stopniu pchła psia i kocia- Ctenocephaides sp) u których Y. pestis namnaża się w przewodzie pokarmowym powodując jego blokadę, w efekcie pchła wykazuje wzmożoną chęć pobierania pokarmu, jednak pobrana krew cofa się, zakażając żywiciela.

Dżuma u człowieka

Dawka infekcyjna: 1-10 komórek Y. pestis

Postacie kliniczne:

-dymieniczna

-posocznicowa( septyczna)

-płucna( pierwotna i wtórna)

Dżuma dymieniczna- rozwija się wskutek pokąsania przez zakażoną pchłę, występuje najczęściej (85-90% przypadków). Po 2-6 dniach inkubacji pojawiają się gorączka, ból głowy, dreszcze, nudności i wymioty. Następnie dochodzi do charakterystycznego obrzęku węzłów chłonnych( tzw. dymienica)- węzły mają wielkość 1-10 cm i są bardzo bolesne.

Może dojść również do posocznicy( w 25% przypadków). U 5-15% pacjentów rozwija się wtórna postać płucna. Śmiertelność w przypadkach nieleczonych wynosi 50-60%.

Dżuma posocznicowa.

Może być posocznica pierwotna( przy braku zmian miejscowych np.dymianicy) lub wtórna. Występuje w ok. 10-15% przypadków.

Obraz kliniczny jest typowy dla chorób posocznicowych powodowanych przez bakterie G- : gorączka, dreszcze, nudności, wymioty, zaburzenia żołądkowe-jelitowe. Następnie pojawiają się objawy będące wynikiem uogólnionej reakcji zapalnej: DIC, aerocyanosis, zmiany martwicze, wstrząs, niewydolność wielonarządowa.

Śmiertelność: blisko 100% w przypadkach nieleczonych oraz 30-50% przy podjętym leczeniu.

Dżuma płucna

Może wystąpić, jako postać pierwotna( wskutek inhalacji aerozolu) zawierającego bakterie, obecnie występują rzadko) lub wtórna.

Jako źródło zakażenia duże znaczenie mają koty- stosowanie częste przypadki choroby u lekarzy weterynarii.

Objawy ciężkiego zapalenia płuc, wykrztuśna z domieszką krwi.

Śmiertelność bliska 100% przy braku leczenia.

Rozpoznanie

Materiał do badania: aspiraty z węzłów chłonnych, krew, plwocina

Badanie mikroskopowe( barwienie dwubiegunowe)

Hodowla( powolny wzrost bakterii-stosunkowo mała wartość diagnostyczna przy uwzględnieniu szybkiego postępu choroby).

Wykrywanie antygenu otoczkowego F1 metodą immunofluorescencji.

PCR( potwierdzona m.in. że tzw. Czarna Śmierć w średniowiecznej Europie była rzeczywiście dżumą).

Leczenie i zapobieganie.

Powodzenie terapii zależy od momentu jej podjęcia.

Skuteczne są antybiotyki m.in. streptomycyna, tetracykliny i in.

Szczepionki:

-zabite( za pomocą formaliny lub termicznie), całe komórki Y.pestis. Program szczepienia obejmuje kilka dawek w odstępach 1-4 tyg.

-szczepionki żywe, atenuowane- obecnie nie stosowane.

Szczepieniu poddaje się pracowników laboratoriów oraz osoby narażone na kontakt ze zwierzętami dzikimi będącymi rezerwuarami zarazka na terenach endemicznych. Szczepienie nie ma zastosowania po ekspozycji na Y.pestis.

Dżuma jako broń biologiczna oraz czynnik ataku bioterrorystycznego

Podczas oblężenia Kaffy zwłoki osób zmarłych na dżumę były katapultowane przez mury.

Eksperymenty w Mandżurii dokonywane przez Japończyków na jeńcach chińskich(1937-1945).

Prace nad pałeczką dżumy prowadzone w USA i ZSRR w okresie zimnej wojny

Jako czynnik ataku BT. Y. pestis mogłaby najprawdopodobniej być użyta w formie aerozolu(uwolnienie 50 kg bakterii nad miastem liczącym, 5 mln mieszkańców spowoduje 150 tys przypadków dżumy i 36 tys. ofiar śmiertelnych).

Drobnoustrój pozostanie zdolny do życia przez ok. 1h.

Po 2-4 dniach inkubacji dojdzie do ciężkich przypadków zapalenia płuc, jednak rozpoznanie choroby( i odpowiednio wczesne rozpoczęcie terapii) mogą być utrudnione.

Wysokie ryzyko transmisji człowiek-człowiek.

Tularemia

Czynnik etiologiczny: Francisella tularensis, ziarniako-pałeczka G-.

Drobnoustrój występuje powszechnie w środowisku i u wielu gospodarzy( ssaki- szczególnie zające, ptaki, inne kręgowce, stawonogi- zwłaszcza kleszcze i pchły odgrywają dużą rolę w transmisji zarazka).

Francisella tularensis dzieli się na 4 podgatunki, które występują u różnych rejonach świata i cechują się różną zjadliwością.

-F. tularensis tularensis- Ameryka Pn. wysoce patogenny

-F. tularensis holarctica- Azja, Europa, rzadko w Ameryce Pn, mniej patogenny

-F. tularensis novicida- USA, Kanada, mało patogenny

Drobnoustrój ma stosunkowo duże wymagania hodowlane.

Tularemia u człowieka.

Zakażenie może odbywać się różnymi drogami, za pośrednictwem stawonogów(kleszcze, komary-najczęstszy sposób infekcji), poprzez aerozoli, drogą pokarmową, przez spojówki.

Skuteczna dawka zakaźna jest bardzo niska- 10-50 komórek

Tularemia może mieć bardzo różnorodne postacie kliniczne, zależnie od drogi wniknięcia patogenu do organizmu.

Obraz kliniczny tularemii jest nieco podobny do dżumy.

Śmiertelność jest bardzo różna, zależnie od szczepu bakterii i formy klinicznej choroby( najbardziej niebezpieczna jest postać płucna).

Tularemia- formy kliniczne

Postać wrzodziejąco-węzłowa: w miejscu ukąszenia przez stawonoga pojawia się owrzodzenie, następuje ponadto zajęcia regionalnych węzłów chłonnych( obraz kliniczny przypomina dżumę dymieniczą). Zmianom tym towarzyszą objawy ogólne- grypodobne( złe samopoczucie, gorączka, dreszcze, ból głowy i gardła oraz bóle mięśniowe). Bakterie mogą zostać rozsiane do innych narządów zwłaszcza płuc.

Postać węzłowa: podobna do poprzedniej, jednak bez widocznych zmian miejscowych na skórze.

Obie powyższe postacie są spotykane najczęściej (75-85%) przypadków. Śmiertelność jest niska, a wiele infekcji wywołanych przez szczepy o niskiej wirulencji jest prawdopodobnie nie rozpoznawanych.

Postać gardłowa: zmiany na błonie śluzowej gardła, objawy żołądkowo-jelitowe.

Postać oczno-węzłowa: ograniczona do oka( zapalenie spojówek); powiększenie okolicznych węzłów chłonnych.

Postać tyfoidalna: wskutek inhalacji aerozolu zakaźnego lub zakażenia drogą pokarmową. Objawy: gorączka, ostry ból brzucha. Brak zmian w obrębie skóry i błon śluzowych.

Postać płucna(pierwotna): wskutek inhalacji aerozolu zakaźnego zapalenia płuc, któremu towarzyszy suchy kaszel, wysięk w jamie opłucnowej oraz bolesność w okolicy mostka. Śmiertelność może wynosić nawet 60 %.

Każda z powyższych postaci może przejść w postać płucną(wtórną), zapalenie opon mózgowych lub posocznicę, przy których przebieg choroby jest cięższy a rokowanie bardziej ostrożne.

Rozpoznawanie i leczenie

Diagnostyka kliniczna choroby ze względu na różnorodność i małą specyficzność objawów nie jest często możliwa.

Badania hodowlane jest dość trudne, wymaga podłoży wzbogaconych(agar z krwią,glukozą i cysteiną). Diagnostyka mikrobiologiczna wymaga odpowiedniego poziomu zabezpieczenia laboratorium(BSL-2 dla jedynie izolacji bakterii, BSL-3 dla bardziej skomplikowanych prac diagnostycznych).

Drobnoustrój może być też wykrywany metodą IF bezpośredniej oraz PCR.

Często rozpoznanie opiera się jedynie na badaniach serologicznych(ELISA, IF pośrednia).

W terapii stosuje się antybiotyki: streptomycyna(lek z wyboru), gentamycynę, doksycyklinę, chloramfenikol, ciprofloksacynę. Nie są polecane antybiotyki betalaktamowe( z uwagi na oporność F. tularensis) oraz makrolipidy.

Profilaktyka swoista

Szczepionki inaktywowane mają małą wartość uodporniającą.

Bardziej skuteczne są szczepionki zawierające żywe, atenuowane szczepy F. tularensis np. LVS. Badania wykazały, że chronią one przed wystąpieniem postaci płucnej i tyfoidalnej, a także łagodzą objawy postaci wrzodziejąco-węzłowej.

Tularemia jako broń biologiczna

W niektórych krajach(Japonia, USA) prowadzono badania nad F. tularensis jako potencjalną broń biologiczną.

+ drobnoustrój cechuje się wysoką zakaźnością

+łatwo tworzy aerozol zakaźny

+ może powodować zakażenia układu oddechowego o ciężkim przebiegu

+diagnostyka choroby jest dość trudna i związana z dużym ryzykiem dla osoby badającej

-zakażenia pomiędzy ludźmi są wyjątkowo rzadkie