Ботулизм — тяжелое заболевание, связанное с употреблением в пищу продуктов, содержащих или бактерии Cl.botulinum или ботулинический токсин, продуцируемый этими бактериями.
История болезни ботулизма
Данная болезнь прослеживается на глубину примерно Х веков. Ее возникновение обусловлено стремлением человека к созданию запасов пищевых продуктов и разработке новых методов консервирования. В медицинской литературе описание симптомовботулизма впервые появилось в ХVIII в. Особое внимание привлекла вспышка заболевания, вызванного употреблением в пищу колбасы в 1792 году. В начале ХIХ в. 234 человека отравились при поедании кровяной и ливерной колбас. Позднее установили, что сходное по внешним признакам заболевание возможно при употреблении в пищу копченой ветчины, соленой рыбы, заготовленных впрок овощей и фруктов.
Ван-Эрменган в 1879 году доказал, что данная болезнь связана с токсином, выделяемым бактериями особой группы. Из остатков ветчины, а также из селезенки и толстого отдела кишечника человека, съевшего этот продукт, он выделил микроорганизм, который при росте на жидкой питательной среде продуцировал токсин и при заражении этой средой морских свинок, кроликов, кошек, обезьян возникало такое же заболевание с последующей смертью подопытного животного. По предложению ученого заболевание названо ботулизмом, а микроорганизм получил название Cl.botulinum. Сейчас выделено 7 типов этого микроорганизма, вызывающих разную степень болезнетворности. Смертельный исход при этой болезни различен и зависит от многих причин. В Советском Союзе данный показатель за период с 1958 по 1968 гг. составил: от овощных и фруктовых консервов – 31%, от грибов – 16,6%, от мясных продуктов – 29,9%, от рыбы – 16,5%, от ветчины – 6% (показатель от числа заболевших ботулизмом). Ботулизм не контагиозен. Заболевание наступает лишь при употреблении пищи, содержащей возбудителя и его токсины. Поскольку C.botulinum — строгий анаэроб, наилучшие условия для его размножения и продукции токсина создаются в консервированных продуктах, куда споры могут попасть с частичками почвы. Они могут выдерживать термическую обработку консервов, а затем прорастать и продуцировать токсин, чему способствует длительное хранение консервов. Известны групповые вспышкиботулизма, например вспышка в 1933 г. в городе Днепропетровске, когда в результате отравления кабачковой икрой заболело 230 человек, 26 из них умерли. В каждой стране источником отравления служат консервы, пользующиеся наибольшим спросом: в Германии, Франции и других европейских странах — мясные консервы, колбаса, ветчина и т. п.; в США — растительные консервы; в России — рыба и рыбные консервы.
Морфология и культуральный свойства ботулизма
Вегетативные клетки — палочки с закругленными концами размером 4-8?0,6-0,8 мкм, подвижны (перитрихи). При неблагоприятных условиях образуют эндоспоры, расположенные терминально и субтерминально. Строгие анаэробы; молодые культуры окрашиваются грамположительно, 4-5-суточные — грамотрицательно. Оптимум рН для роста 7,3-7,6, для прорастания спор 6,0-7,2.
Морфология колоний. На кровяном агаре с глюкозой образуют очень мелкие сероватые или мутные желтоватые колонии линзообразной формы (на различных средах у одного и того же штамма могут варьировать). Вокруг колонии образуются зоны гемолиза различной ширины. На печеночном агаре образуют полиморфные звездчатые колонии, на желатине — сероватые, окруженные зоной разжиженного желатина. На столбике агара можно обнаружить диссоциаты, R-формы имеют форму чечевичных зерен, S-формы — пушинок. Хорошо растут на жидких средах (обычно на бульоне Тарроцци, бульонах из гидролизатов казеина, мяса или рыбы) при условии предварительного удаления О2 из среды кипячением в течение 15-20 мин с быстрым охлаждением. Вызывают помутнение среды и газообразование, иногда имеется запах прогорклого масла, но этот признак непостоянен.
Биохимические свойства. Все типы Clositridium botulinum образуют желатиназу, лецитиназу и Н2S, проявляют широкий спектр сахаролитической активности (бактерии типов А, В, Е и F ферментируют глюкозу, левулезу, фруктозу, мальтозу и сахарозу типов С и D — глюкозу и мальтозу, тип G инертен к углеводам). Clostridium botulinum типов А и В обладают выраженными протеолитическими свойствами, разлагают свернувшийся яичный белок и гидролизуют желатин По биохимическим свойствам выделяют 4 группы бактерий Cl.botulinum.
Бактерии I группы проявляют выраженные протеолитические свойства, гидролизуют желатин и эскулин, ферментируют глюкозу и мальтозу, проявляют липазную активность на яичном агаре.
Бактерии II группы проявляют сахаролитическую активность, но лишены протеолитической.
Бактерии III группы проявляют липазную активность и гидролизуют желатин.
Бактерии IV группы гидролизуют желатин, но, в отличие от прочих возбудителей ботулизма, не проявляют сахаролитических свойств и липазной активности, что послужило основанием для предложения выделить их в отдельный вид —Clostridium argentiense.
Антигенный состав ботулизма
Серологическая идентификация Clostridium botulinum основана на выявлении токсинов, по их структуре бактерии разделяют на 8 сероваров — А, В С1 (a), С2 (b), D, Е, F и G. Антигенная структура бактерий остается малоизученной, показано наличие жгутиковых, группоспецифических (Н) и соматических, типоспецифических (О) Аг, не проявляющих токсических свойств. Оптимальная температура для токсинообразования вариабельна для бактерий типов А, В, С и D 35°С, для бактерий типов Е и F 28-30°С
Устойчивость ботулизма
Длительное сохранение C.botulinum в природе и в различных пищевых продуктах связано с их спорообразованием. Споры сохраняются в почве долгое время, а при благоприятных условиях в летнее время могут прорастать и размножаться. Они хорошо переносят низкие температуры (не погибают даже при —190 °С). В высушенном состоянии сохраняют жизнеспособность десятилетиями. Споры устойчивы и к нагреванию (особенно типа А). Споры типов А и В переносят кипячение в течение 5 ч, при 105 °С погибают через 1-2 ч, при 120 °С — через 20-30 мин. Встречаются штаммы, споры которых переносят температуру 120 °С в течение нескольких часов. Наименее устойчивы к температуре споровая форма бактерии типа Е. При 100°С она отмирает примерно через 2 минуты, при 80°С — через 40 минут. Но нельзя забывать тот факт, что теплопроводимость любого пищевого продукта иная по сравнению с водой. По данным литературы, термоустойчивость спор в консервах «Говядина тушеная» вдвое превышала термоустойчивость таких же споровых форм бактерий, но только в воде. Содержание жира повышает устойчивость спор к температуре. Неспоровая форма бактерий (вегетативная форма) под действием 80°С отмирает в течение 30 минут, а при кипячении — через 5 минут. Споры C.botulinum устойчивы ко многим бактерицидным веществам: 20%-ный раствор формалина убивает их через 24 ч; этиловый спирт — через 2 мес; 10%-ая НС1 убивает их лишь через 1 ч. При консервировании пищевых продуктов методом понижения показателей рН, то есть за счет использования кислой среды (маринады) возможна задержка или даже прекращение роста этих микроорганизмов. Но данный процесс зависит от состава пищи в консервах. Кроме того существует такая закономерность: чем более кислая среда, в которой находится продукт, тем слабее внешние признаки его порчи, если туда попала палочка Cl.
botulinum. Установлено, что при показателях рН свыше 4,2 (это такие консервы как «Лечо», «Борщ без мяса», «Овощи в томатном соусе», «Капуста натуральная», «Перец, фаршированный овощами и рисом в томатном соусе» и некоторые другие) микроорганизмы не только сохраняются, но и выделяют токсин без внешних признаков порчи продукта (образование газа, помутнение жидкости). Поваренная соль является одним из немногих консервантов, влияющих на размножение и производство токсина у данного микроорганизма. Отсутствуют конкретные указания какой именно процент поваренной соли задерживает размножение этих бактерий или убивает. Все зависит от типа продукта, величины показателя рН (кислотности), температуры консервирования и хранения. Но на практике исходят из того, что образование токсинов может быть подавлено, при содержании в продукте 5-6% соли.
Токсины C.botulinum также весьма устойчивы к действию химических факторов. Они не разрушаются протеолитическими ферментами кишечного тракта. В кислой среде (рН 3,5-6,8) они более устойчивы, чем в нейтральной или щелочной среде, разрушаются от действия 2-3%-ной щелочи, но высокие концентрации NaCI в пищевых продуктах их не разрушают; в консервах токсины сохраняются длительное время. Токсины C.botulinum обладают и определенной термоустойчивостью: при 58 °С разрушаются через 3 часа; при 80 °С — через 30-60 мин; а при 100 °С — в течение 10-15 минут. В твердых субстратах данная температура разрушает его за 2 часа. В зерне токсин сохраняется в течение нескольких месяцев. Наиболее устойчивы токсины типа С, менее устойчивы токсины типов D и Е, а токсины типов А и В занимают промежуточное положение. Устойчивость токсинов к высокой температуре зависит от вида продукта, его рН и других условий. В частности, при наличии жиров, высокой концентрации сахарозы устойчивость токсинов к высокой температуре возрастает.
Болезнетворность (патогенность) ботулизма
Болезнетворность (патогенность) ботулизма Clostridium botulinum различна для различных видов млекопитающих; заболевания человека вызывают бактерии типов А, В, Е и F; Clostridium botulinum типов С и D вызывают заболевания животных и птиц (в редких случаях от больных животных выделяют бактерии типов А и В). Патогенность типа G для человека и животных не доказана.
Патогенность Cl.botulinum определяется токсином. Токсин, выделяемый палочкой Cl.botulinum, один из самых сильных ядов в мире. По данным Л. Месробяну (1963г.) достаточно 10 мг токсина типа «Д», чтобы убить все население Земного шара. Болезнетворная активность токсина типа «А» такова, что 1 г его достаточно для того, чтобы уничтожить 60 миллиардов мышей, вес которых составляет 1 миллион 200 тысяч тонн. Поэтому главным фактором патогенности возбудителяботулизма являются продуцируемые им экзотоксины. Хотя они отличаются по своим антигенным свойствам, их биологическая активность одинакова. Все они являются вариантами единого нейротоксина. Установлено, что антигенная специфичность и летальная активность определяются различными детерминантами экзотоксина. Токсины всех известных типов продуцируются в виде токсических белковых комплексов (прогениторных токсинов). В зависимости от их молекулярной массы и структуры эти комплексы делят соответственно константам седиментации на 3 группы: 12 S-, 16 S- и 19 S-токсины. 12 S-токсины (М-токсины) состоят из молекулы нейротоксина, ассоциированной с молекулой нетоксического белка, который не обладает гемагглютинирующими свойствами. 16 S-токсины (L-токсины) — структуры, состоящие из М-комплекса и нетоксического белка, который отличается от белка М-комплекса и обладает гемагглютинирующими свойствами. 19 S-токсины (LL-токсины) — наиболее крупные структуры, включающие в себя нейротоксин и нетоксический белок со свойствами гемагглютинина.
Клостридии ботулизма типа А могут продуцировать токсические комплексы 3 вариантов: М, L и LL, типов В, С и D — в виде L- и М-токсинов, а типов Е и F — только в виде М-токсинов. Таким образом, одна и та же культура C.botulinum может продуцировать несколько типов токсических комплексов. Роль нетоксических белков в составе токсических комплексов заключается в том, что они стабилизируют токсин и защищают его от разрушающего действия протеолитических ферментов и НС1 при пероральном заражении. Роль их в патогенезе ботулизма при парентеральном заражении остается невыясненной. Нейротоксические компоненты любого серотипа ботулинических токсинов и любого типа токсического комплекса имеют сходную структуру и биологические свойства. Они синтезируются в виде единой полипептидной цепи с молекулярной массой 150 кД (78-токсин), которая не обладает значительной токсической активностью. Эта полипептидная цепь превращается в активный нейротоксин только после ее разрезания бактериальной протеазой или протеазами кишечного тракта человека. В результате точечного гидролиза возникает структура, состоящая из двух связанных между собой дисульфидными связями цепей — тяжелой, с м,м. 100 кД (Н-цепь), и легкой, с м.м. 50 кД (L-цепь). Н-цепь ответственна за прикрепление нейротоксина к рецепторам мембраны клеток, а L-цепь осуществляет специфическое блокирующее действие нейротоксина на холинергиче-скую передачу возбуждения в синапсах. Токсины типов С1 и С2 отличаются друг от друга не только серологически, но еще и тем, что токсина С2 вегетативные формы культур не образуют. Он образуется лишь в период спорообразования, а его активация обеспечивается микробной протеазой.
Способность возбудителя ботулизма продуцировать протеолитические ферменты играет важную роль в токсинообразовании. Протеолитические группы возбудителей обеспечивают активацию прототоксинов своими эндогенными протеазами, а активация нейротоксинов, продуцируемых непротеолитическими вариантами серотипов C.botulinum, осуществляется экзогенным путем, т. е. с помощью протеаз желудочно-кишечного тракта при заражении или, in vitro — трипсином.
Помимо выраженной нейротоксической активности, различные типы C.botulinum обладают лейкотоксической, гемолитической и лецитиназной активностью. Особенность лейкотоксина заключается в том, что он подавляет фагоцитоз без разрушения лейкоцитов. Различные сроки накопления в культуральной среде, лейкотоксинов, гемотоксинов и лецитиназы при инкубации C.botulinum указывают на то, что они имеют, по-видимому, разную химическую природу.
Генетический контроль синтеза ботулинических токсинов изучен слабо. Однако получены данные, которые указывают на то, что способность C.botulinum к синтезу нейротоксинов кодируется привнесенными в ее геном генами конвертирующих профагов.
Внешние признаки болезни (клиника) обусловлены преимущественно действием нейротоксина и включают:
- классическую пищевую токсикоинфекцию, более распространенную под названием «ботулизм»;
- ботулизм новорожденных (у детей от 3 до 20 нед), для которого характерны — генерализованная гипотония и амиотрофия, развивается при заглатывании спор с последующим развитием вегетативных форм (в США ежегодно регистрируют около 70 случаев);
- раневой ботулизм (возникает при загрязнении некротизированных тканей почвой);
- неопределенно классифицируемый ботулизм (у детей старше одного года и взрослых), не связанный с указанными факторами риска (пища, рана).
Для рассмотрения возьмутся две первые формы течения, связанных с пищей.
Пищевой ботулизм
Ботулизм протекает как токсикоинфекция. Организм поражается не только токсином, содержащимся в пищевом продукте, но и токсином, который образуется В пищеварительном тракте и тканях в связи с проникновением туда возбудителя. Люди чрезвычайно чувствительны к ботулиническим токсинам типов А, В, С, Е и F. Заболевания наблюдались даже тогда, когда человек брал в рот зараженный продукт, но не проглатывал его. Смертельная доза токсина для человека составляет 1 нг/кг массы тела. Ботулинический токсин быстро всасывается в желудке и кишечнике, проникает в кровь и избирательно действует на ядра продолговатого мозга и ганглиозные клетки спинного мозга. Следует отметить, что, попадая в пищеварительный тракт человека или животного, клостридии ботулизма размножаются, проникают в кровь и оттуда во все органы, продуцируя при этом токсины. Инкубационный период у людей варьирует от двух часов до 10 дней, но чаще всего он составляет 18-24 часа. Чем больше инфицирующая доза, тем короче инкубационный период и тем тяжелее протекает заболевание.
Клиническая картина ботулизма
Клиническая картина ботулизма обычно складывается из сочетания различных синдромов, из которых раньше всего проявляется неспецифическая симптоматика (недомогание, общая слабость, головная боль). Могут наблюдаться жжение в желудке, тошнота, многократная рвота, понос. Через несколько часов после начала заболевания неспецифическая симптоматика сменяется специфической – первый признак офтальмоплегический: у больного нарушается аккомодация, неравномерно расширяются зрачки, появляется косоглазие, двоение в глазах, опущение век, а иногда и слепота. Эти симптомы связаны с поражением глазодвигательных нервов. В дальнейшем наступает паралич мягкого неба, языка, глотки, гортани, появляются расстройства речи, нарушается акт жевания и глотания, наблюдается выделение густой тягучей слизи. Вследствие паралича лицевых мышц, выражение лица изменяется иногда до неузнаваемости. Парезы мышц желудка и кишечника ведут за собой резкие нарушения моторной функции кишечника, появление стойкого запора и метеоризма. Отмечается сухость во рту и глотке. температура тела не соответствует частоте пульса — нормальная или ниже нормы; пульс учащен. Начинают преобладать нервно-паралитические явления, как результат расстройства деятельности нервных центров, регулирующих функцию слюнных, слезных желез, мышц носоглотки и лица. К ранним симптомам заболевания относится постепенно развивающееся расстройство зрения.. Продолжительность болезни обычно 4-8 суток, реже — 3-4 недели. Смерть наступает, как правило, в результате дыхательной недостаточности от паралича дыхания и сердца при ясном сознании. Летальность составляет 35-85%. Но заболевание не всегда протекает в такой форме.
Детский ботулизм
Детский ботулизм — это новая форма ботулизма, обнаружена в конце 70-х годов ХХ столетия. С тех пор описано более 100 лабораторно подтвержденных случаев детского ботулизма. Из 40 случаев заболевания ботулизмом в США, зарегистрированных в 1979 году, 24 случая были связаны сдетским ботулизмом. Детский ботулизм встречается у детей в возрасте от 29 дней до 8 месяцев.
По-видимому, предпосылкой появления клинических симптомов этой формы заболевания является попадание в желудочно-кишечный тракт ботулинических спор в первые недели жизни ребенка. Считают, что детский ботулизм возникает от ботулинического токсина, образуемого непосредственно в кишечном тракте ребенка в результате жизнедеятельности Cl.botulinum. Из 555 проб продуктов, домашней пыли, почвы комнатных растений, проанализированных по поводу детского ботулизма, в 9 случаях были выделены споры Cl.botulinum; ботулинический токсин во всех пробах отсутствовал.
По крайней мере, в 34,7% случаях в питание госпитализированных по поводу ботулизма детей входил мед. Жизнеспособные клетки Cl.botulinum типа В были обнаружены в шести различных пробах меда (10%) от тех партий продукта, которые использовались для кормления детей.
Первый симптом детского ботулизма — постоянный запор, хотя он часто остается незамеченным. У пострадавших детей отмечается вялость, умеренная слабость, затруднение в кормлении и изменившийся плач.
У сельскохозяйственных животных внешние признаки данного заболевания примерно одинаковы. Отмечается быстрая утомляемость, затруднение движения, нарушение процесса жевания и глотания, ослабление работы сердца, ослабление работы кишечника — запоры. У свиней отмечается потеря голоса, обильное слюнотечение, нарушение координации движения, частичная слепота. Прием корма также невозможен вследствие паралича жевательной мускулатуры и глотки. У птиц при ботулизме наблюдается вялость, они неохотно принимают корм и воду, с трудом передвигаются и предпочитают сидеть нахохлившись, постепенно появляются параличи мигательной перепонки, потом крыльев, ног и шеи. Птица не может держать голову и опускает ее вниз упираясь клювом в землю. Послеубойные изменения в тушах не обладают характерными признаками.
Профилактика ботулизма основана на соблюдении гигиенических требований при приготовлении пищевого продукта. Необходимо знать о том, что этот почвенный микроб может попасть в пищевой продукт, приготовляемый для хранения или консервации вместе с частичками земли, но и то, что в мясные изделия он попадает вместе со специями, пряностями (перец, кардамон и т.д.), поваренной солью и другими добавками. Однако это не исключает и другой путь попадания его в мясной продукт из содержимого кишечника при разделке туши или через инструменты используемые при той же разделке туши. Возможен и иной путь попадания микробов в мясные продукты — от больных животных или непосредственно через мясо, или через кишечное сырье, используемое для производства колбасных изделий. Поэтому и необходимо, прежде чем убить животное, поведение которого свидетельствует, что оно больное, исключить данное опасное заболевание.
Необходимо помнить, что в мясном продукте, где содержится микроб или токсин их расположение возможно гнездно, в результате чего одни люди после употребления в пищу данного продукта не заболеют, а другие заболеют. Если микроб находится в консервах, то надо знать, что тепловая обработка не уничтожает его споровую форму, и это способствует его дальнейшему прорастанию в вегетативную форму, производству и накоплению ботулинического токсина. Причем при нагревании продукта уничтожаются микробы — антагонисты (те которые препятствуют развитию этой опасной бактерии и накоплению токсина). Кроме того, из продукта при нагревании частично удаляют воздух, то есть создается питательная среда с малым содержанием кислорода, а это идеальные условия для развития и размножения бактерий Cl.botulinum.
Чаще всего внешний вид продуктов, в которых образовался ботулинический токсин, изменяется. Они размягчаются, появляется неприятный запах, образуется газ. В консервах возникает бомбаж, т.е. банка вздувается под действием газа продуцируемого микробами. Такие продукты нельзя использовать в пищу или кормить ими животных.
Оценка мяса от больных ботулизмом животных и пищевых продуктов, содержащих данный микроб или его токсин очень жесткая. Животные, больные ботулизмом к убою не допускаются. Мясо, мясные и другие пищевые продукты, в которых обнаружены бактерии Cl.botulinum или их токсин подлежат уничтожению.
Источники и дополнительная информация:
Дополнительно на Геноне: