Частная медицинская микробиология
Глава 11
МЕТОДЫ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Основной задачей клинико-диагностических микробиологических исследований является установление этиологического агента инфекционного заболевания — микроорганизма-возбудителя. Для решения этой задачи используют различные диагностические методы, которые можно подразделить на две группы в зависимости от подхода к определению возбудителя. Первая группа включает методы, направленные на обнаружение присутствия в материале от больного самого возбудителя, а также его антигенов, нуклеиновых кислот (НК), характерных продуктов его жизнедеятельности или органических соединений, входящих в его состав.
Для обнаружения возбудителя применяют традиционные методы: микроскопические, микробиологические и биологические. Для выявления микробных антигенов используют им-мунохимические методы. Обнаружение НК и других биомолекул возбудителя осуществляют с помощью биохимических и молекулярно-биологических методов. Иммунологические, биохимические и молекулярно-биологические методы относятся к числу экспресс-методов диагностики инфекционных заболеваний, поскольку позволяют получить результат в течение нескольких часов.
Вторая группа диагностических методов основана на выявлении специфической иммунной реакции на данного возбудителя со стороны макроорганизма: гуморальной — антител против возбудителя (серодиагностика) или клеточной — ГЗТ (ал-лергодиагностика).
Существующие методы диагностики отличаются друг от друга трудоемкостью, сроками проведения исследований, чувствительностью и специфичностью, а также информативностью полученных данных. Выбор методов исследования зависит от предварительного клинического диагноза заболевания, его сроков и определяется биологическими свойствами микроорганизма-возбудителя и особенностями его взаимодействия с макроорганизмом в ходе инфекционного процесса.
Тема 11.1. МЕТОДЫ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
План
Программа
Выбор, взятие и транспортировка исследуемого материала.
Оформление документации.
Анализ результатов лабораторных исследований.
Демонстрация
1. Образцы исследуемого материала (гной, экссудат, кровь, спинномозговая жидкость, моча и др.).
Задание студентам
Заполнить типовые бланки для направления материала в лабораторию.
Изучить схемы и методы микробиологической диагностики основных групп микроорганизмов. При оценке результатов лабораторных исследований определить патогенные и условно-патогенные микроорганизмы.
Методические указания
• ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ВЗЯТИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА В КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКУЮ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ ЛАБОРАТОРИЮ
Результаты микробиологических исследований во многом зависят от правильного выбора материала для исследования, соблюдения всех правил его получения и направления в лабораторию. Выбор материала определяется клинической картиной заболевания, предполагаемой локализацией возбудителя в организме на данном этапе инфекционного процесса и путями его выделения в окружающую среду.
Материал берут в ранние сроки заболевания, до начала антимикробной терапии. Это повышает вероятность выделения возбудителя. Следует исключить попадание в образец антибиотиков, антисептиков, дезинфектантов, а также частиц ваты, содержащей свободные жирные кислоты. Важным условием является достаточное количество материала для исследования (например, не менее 5—10 мл крови, 3—5 мл мочи и т.д.).
Любой клинический материал для микробиологических исследований рассматривается как потенциально опасный для человека. Поэтому при получении, хранении и транспортировке материала в лабораторию строго соблюдают правила техники бактериологической безопасности.
3. Материал собирают, соблюдая правила асептики, для предупреждения его возможной контаминации нормальной микрофлорой организма больного и микроорганизмами окружающей среды. Используют стерильные инструменты и стерильную посуду, закрывающуюся пробками. После взятия материала его в максимально короткие сроки доставляют в лабораторию. При отсутствии такой возможности материал сохраняют непродолжительное время, соблюдая определенные правила.
Способ сохранения материала определяется свойствами предполагаемого возбудителя и самого материала. В большинстве случаев возможно непродолжительное хранение в холодильнике при температуре 4 "С. Низкая температура препятствует размножению микробов нормальной микрофлоры, присутствующих в нестерильном материале (раневое отделяемое, мазки и смывы со слизистых оболочек, мокрота, моча, испражнения), а также способствует снижению активности микроби-цидных факторов организма (лизоцима, дефенсинов, комплемента, клеток иммунной системы). При необходимости длительного хранения материал можно подвергнуть глубокому замораживанию при температуре —20 °С и ниже.
Если предполагаемый микроб-возбудитель чувствителен к действию низких температур, материал необходимо сохранять в термостате при 37 "С. Для подавления размножения сопутствующей микрофлоры можно использовать антимикробные препараты.
Для предохранения микробов от высыхания материал рекомендуется помещать в специальные транспортные среды, не содержащие питательных веществ, но обеспечивающие оптимальные условия влажности, рН, осмолярности, ионной силы и т.д., необходимые для сохранения жизнеспособности возбудителя.
При подозрении на анаэробную инфекцию необходимо создать бескислородные условия: поместить материал в элективные транспортные среды для анаэробов или в емкость, заполненную газовой смесью, не содержащей С^.
Материал транспортируют в специальных биксах, пеналах или металлических контейнерах, которые после использования подвергают дезинфекции.
Для серологического исследования у больного натощак берут кровь в количестве 5-6 мл из локтевой вены при соблюдении правил асептики. Кровь ставят в термостат на 30-60 мин;
образовавшийся кровяной сгусток отделяют от стенки стерильной стеклянной палочкой и оставляют материал в холодильнике на 18—20 ч. Отстоявшуюся сыворотку осторожно сливают в стерильную пробирку; в случае примеси эритроцитов ее центрифугируют. Сыворотка может храниться в стерильных условиях в холодильнике до 1 мес. Для более длительного, хранения ее замораживают при температуре от —20 до —70 °С.
В микробиологической лаборатории все остатки патологического материала подлежат уничтожению (путем автоклавирования).
Все материалы, направленные в лабораторию, должны иметь сопроводительный документ — направление на специальном бланке, где указаны фамилия, имя, отчество больного,
возраст, вид материала, дата взятия, предполагаемый клинический диагноз и другие сведения.
• МЕТОДЫ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• Методы обнаружения возбудителя в материале от больного
Для обнаружения возбудителя в материале от больного с диагностической целью применяют:
микроскопические (бактериоскопические, микоскопические, вирусоскопические) методы;
микробиологические (бактериологические, микологические, вирусологические) методы;
биологические методы, или биопробы.
1. Микроскопические методы. Микроскопические методы применяют для обнаружения возбудителей (бактерий, грибов, простейших, вирусов) непосредственно в исследуемом материале.
Для выявления бактерий (бактериоскопические исследования), а также грибов и простейших применяют световые методы микроскопии окрашенных или нативных препаратов, приготовленных из материала, полученного от больного (см. тему 1.1 и главу 2).
Преимущество микроскопических исследований состоит в быстроте (осуществление требует не более 30—60 мин), простоте и дешевизне. Основным недостатком метода является низкая специфичность — невозможность видовой идентификации обнаруженных микроорганизмов, а в ряде случаев — их дифференциации между собой (например, эшерихий, сальмонелл и шигелл). Чувствительность также невысока: микроскопический метод позволяет обнаружить возбудителя при его концентрации не менее 106 микробных клеток в 1 мл или 1 г исследуемого материала.
В большинстве случаев микроскопический метод имеет ориентировочное значение и позволяет получить предварительные данные о микробах, присутствующих в материале, и наметить пути дальнейших исследований. Вместе с тем при некоторых бактериальных инфекциях, а также при микозах и протозойных инфекциях диагностическая ценность микроскопического исследования весьма велика и является основанием для постановки окончательного диагноза заболевания, например возвратного тифа, гонореи, дерматомикозов и др.
Необходимо помнить, что некоторые бактерии (хламидии, микоплазмы) имеют малые размеры, лежащие за пределами разрешающей способности световой микроскопии, и не могут быть выявлены с помощью этих методов.
Вирусоскопические исследования осуществляют с использованием электронной микроскопии (по причине малых размеров вирусов, см. тему 5.1). В сочетании с компьютерными системами анализа изображений эти методы позволяют осуществлять предварительную идентификацию вирусов по морфологии. К числу достоинств метода относится также возможность обнаружения ранее неизвестных вирусов. Чувствительность метода аналогична бактериоскопическому.
Для диагностики инфекций, вызванных облигатными внутриклеточными паразитами, применяют также цитологические методы, направленные на выявление характерного ЦПД в зараженных клетках, например внутриклеточных включений — телец Бабеша—Негри при бешенстве, телец Пашена и Гварниери при оспе или цитомегалических клеток при заболеваниях, вызванных цитомегаловирусом (см. тему 5.2).
2. Микробиологические методы. Основаны на выделении чистой культуры возбудителя из материала, полученного от больного, и ее последующей идентификации (см. главу 3). Микробиологические методы отличаются высокой чувствительностью и специфичностью. Располагая чистой культурой возбудителя, можно определить его родовую и видовую принадлежность и осуществить внутривидовое типирование, обнаружить факторы вирулентности, а также определить чувствительность к антибиотикам, что необходимо для рационального выбора этиотропной терапии.
Для эпидемиологического анализа вспышек инфекционных заболеваний проводят типирование культур возбудителей, выделенных от разных больных и из внешних объектов — вероятных источников заражения (вода, пищевые продукты и т.д.), т.е. определение их биовара: серовара (серотипирование, см. тему 10.1), фаговара (фаготипирование, см. тему 5.3) и т.д. Кроме того, микробиологические исследования проводят для выявления носительства патогенных микробов среди детей и взрослых, а также среди работников медицинских учреждений, предприятий пищевой промышленности и общественного питания.
Бактериологическое исследование является ведущим в диагностике большинства бактериальных инфекций. Трудности метода могут быть связаны с низкой скоростью размножения бактерий-возбудителей, сложными ростовыми потребностями и требовательностью к условиям культивирования (газовому составу атмосферы и т.д.). Однако только выделение чистой культуры возбудителя из материала от больного при исключении контаминации имеет абсолютное диагностическое значение.
Микологические исследования осуществляют реже, чем бактериологические, поскольку микроскопическая диагностика микозов достаточно надежна. Микологические исследования являются обязательными при диагностике кандидозов, а также глубоких микозов.
Вирусологический метод является наиболее достоверным для диагностики вирусных инфекций. Однако его применение ограничивается трудоемкостью, что связано с особенностями хранения, транспортировки и обработки исследуемого материала, использованием культур клеток, сложностью и длительностью культивирования многих вирусов, а также со сравнительно частым получением отрицательных результатов. Идентификацию чистой культуры выделенного вируса осуществляют иммунологическими методами на основании его антигенной структуры, а также в ряде случаев с помощью биохимических и молекулярно-биологических методов (гибридизация НК, рестрикционный анализ и др., см. тему 3.2). Особое значение вирусологический метод приобретает в случае необходимости оценки чувствительности возбудителя к противовирусным препаратам. В ряде случаев вирусологический метод используют для ретроспективной диагностики вирусных инфекций.
Все микробиологические методы имеют определяющее значение в лабораторной диагностике инфекционных заболеваний, являются наиболее информативными и достоверными. К числу недостатков можно отнести длительность (см. главу 3) и отсутствие методов культивирования некоторых микробов (например, возбудителей сифилиса и лепры).
3. Биологические методы (биопробы). Биопробу осуществляют путем заражения лабораторных животных материалом, полученным от больного. Этот метод применяют для выделения чистой культуры возбудителя в тех случаях, когда микроорганизмы не растут или плохо культивируются, когда микробиологические методы не дают однозначно положительного результата, а также для дифференциации патогенных микроорганизмов и определения их вирулентности. Дифференциация возбудителей основана на неодинаковой чувствительности разных лабораторных животных к определенным микроорганизмам. В настоящее время биопробы применяют только в случае крайней необходимости, что определяется в первую очередь гуманным отношением к животным, а также связано с повышенным риском заражения персонала диагностической лаборатории.
• Иммунохимические методы диагностики: (методы обнаружения антигенов возбудителя в материале от больного)
1. Метод иммунофлюоресценции (ИФ). Дает возможностьобнаружить в материале от больного антигены микроба с помощью специфических антител, меченных флюорохромами
(см. тему 10.1). Этот метод позволяет выявлять и идентифицировать по антигенной структуре возбудителей в материале, содержащем разнообразную микрофлору (например, в испраж
нениях), а также обнаруживать вирусные антигены в зараженных клетках. В настоящее время иммунофлюоресцентный метод широко применяют для обнаружения разнообразных мик
роорганизмов в патологическом материале.
Иммуноэлектронная микроскопия (ИЭМ). Позволяет значительно повысить чувствительность и специфичность вирусоскопического метода. Исследуемый материал, содержащий
свободные вирусные частицы, обрабатывают специфическими антителами. Образовавшиеся иммунные комплексы осаждают высокоскоростным центрифугированием и агрегаты вирусных
частиц выявляют с помощью электронной микроскопии. Существуют также твердофазные методы ИЭМ: специфические антитела фиксируют на специальных сетках для ЭМ, которые
затем обрабатывают исследуемым материалом. Вирусные частицы специфически связываются с антителами, после чего их выявляют с помощью электронной микроскопии. В ряде случаев применяют антитела, меченные частицами золота (см. тему 10.1).
Другие серологические реакции. Растворимые антигены различных возбудителей (компоненты микробных клеток, вирионов, неструктурные вирусные белки, секретируемые зараженными клетками, бактериальные экзотоксины и ферменты и т.д.) могут быть обнаружены в различных биологических жидкостях больного с помощью серологических реакций. Наиболее часто применяют иммуноферментный (ИФА) и радио иммунный (РИА) анализ в связи с их высокой чувствительностью, реже используют методы преципитации в геле и непрямой агглютинации (см. тему 10.1).
• Биохимические и молекулярно-биологические методы диагностики
1. Метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Позволяет разделять сложные смеси органических соединений. Метод используют для обнаружения продуктов жизнедеятельности микроорганизмов в исследуемом материале (летучих жирных кислот, спиртов, нелетучих органических кислот и т.д.). Принцип метода основан на различной скорости движения соединений, растворенных в инертном газе (подвижной фазе), через разогретую колонку, заполненную жидкими смолами (неподвижная фаза). На выходе колонки имеется детектор, регистрирующий присутствие соединения. Идентификацию веществ производят путем сравнения со стандартами.
2. Методы обнаружения нуклеиновых кислот возбудителя. Нуклеиновые кислоты (НК) возбудителя можно обнаружить в исследуемом материале от больного с помощью методов гибридизации НК (ДНК-зондов) и полимеразной цепной реакции — ПЦР (см. тему 3.2). Эти методы применяют преимуще- Ц ственно для обнаружения плохо- или некультивируемых возбудителей, присутствующих в материале в малых количествах (ВИЧ, вирус гепатита В, М.tuberculosis и др.) в связи с их высокой чувствительностью: метод нуклеиновых "зондов" позволяет обнаруживать НК возбудителя в концентрации 10~10 г/мл; ПЦР теоретически позволяет обнаружить единичные копии НК. Метод "зондов" является высокоспецифичным. При использовании ПЦР существует высокая вероятность получения ложноположительной реакции, что требует квалифицированной интерпретации полученных результатов. Необходимо также помнить о возможности контаминации материала посторонними НК. ПЦР рационально использовать в качестве экспресс-метода для постановки предварительного диагноза, нуждающегося в обязательном подтверждении с помощью других более достоверных диагностических исследований.
• Серодиагностика и аллергодиагностика
1. Серодиагностика. Метод основан на обнаружении антител в сыворотке крови больного и определении динамики их нарастания в ходе заболевания. Для серодиагностики применяют различные иммунологические реакции (агглютинации, связывания комплемента, непрямой гемагглютинации и др., см. тему 10.2). В качестве стандартных антигенов используют живые культуры микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов) или диагностикумы — убитые взвеси микроорганизмов или экстракты из них, полученные химическим путем.
Серодиагностические исследования часто проводят и для эпидемиологического анализа инфекционной заболеваемости. С этой целью определяют наличие специфических антител у здоровых лиц, что свидетельствует о перенесении ими инфекции или о контакте с соответствующим возбудителем. Кроме того, серологические реакции используют наряду с другими иммунологическими показателями для оценки эффективности вакцинопрофилактики.
При серодиагностических исследованиях необходимо учитывать диагностический титр обнаруженных антител, т.е. такое разведение исследуемой сыворотки, начиная с которого положительная реакция имеет диагностическое значение. Более высокую информативность дают серологические исследования парных сывороток крови больного, взятых в начале болезни и через разные промежутки времени в ходе ее развития. Диагностическое значение имеет нарастание титра в 4 раза и более в динамике заболевания.
2. Аллергодиагностика. Кожно-аллергические пробы применяют для выявления гиперчувствительности к различного рода антигенам (аллергенам) при диагностике ряда инфекционных заболеваний (туберкулез, бруцеллез, туляремия и др.), а также различных неинфекционных аллергических состояний (атопии и др.).
Кроме того, используют методы аллергодиагностики in vitro, позволяющие оценить состояние специфической сенсибилизации лейкоцитов крови в отношении определенного антигена, например реакция торможения миграции лейкоцитов (РТМЛ) в присутствии специфического антигена (см. тему 10.4).
• ПРАВИЛА БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ПАТОГЕННЫМИ МИКРОБАМИ
При работе с патологическим материалом, содержащим микробы, и особенно при культивировании патогенных микробов во избежание заражения персонала лаборатории необходимо соблюдать правила техники биологической безопасности. В зависимости от степени патогенности и контагиозности возбудителей принято выделять четыре уровня биологической опасности и соответствующих мероприятий, необходимых для предупреждения заражения в лаборатории.
Первый уровень (работа с непатогенными микроорганизмами). Необходимо соблюдение стандартных правил (см. тему 1.1).
Второй уровень (работа с низковирулентными микроорганизмами). К числу дополнительных правил и мероприятий относятся использование лабораторной одежды и защитных перчаток; обязательное обеззараживание всех загрязненных отходов; ограничение доступа в лабораторию. Для предотвращения попадания микробов в воздух рабочего помещения выполнение механических манипуляций, сопряженных с высокой вероятностью распыления микроорганизмов, необходимо осуществлять в специализированных закрытых легкодезинфицируемых настольных боксах.
Третий уровень (работа с высоковирулентными микроорганизмами). К числу дополнительных правил и мероприятий относятся использование специальной защитной лабораторной одежды; контроль доступа в лабораторию. Все манипуляции с патологическим материалом необходимо осуществлять в специализированных боксах.
Четвертый уровень (работа с возбудителями ООН). Работа с возбудителями особо опасных инфекций (ООН) разрешена исключительно в специализированных режимных лабораториях, имеющих оборудование, необходимое для эффективной защи* ты от патогенных микробов, их контроля и уничтожения. К числу дополнительных правил и мероприятий относятся наличие отдельных помещений для смены лабораторной одежды и душевых, обязательное обеззараживание всех отходов лаборатории. Все манипуляции с патологическим материалом необходимо осуществлять в специализированных настольных боксах, снабженных системами стерилизации воздуха (см. тему 7.1).
• ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Обнаружение патогенных микроорганизмов, являющихся возбудителями заболеваний (например, микобактерии туберкулеза, гонококки и др.), имеет решающее значение для постановки диагноза.
Выявление роли условно-патогенных микроорганизмов в этиологии и патогенезе заболеваний должно быть основано на строгой аргументации. Обязательным условием является клиническое, эпидемиологическое, микробиологическое и серологическое исключение возбудителей инфекционных болезней (например, возбудителей кишечных инфекций, венерических болезней и др.). Для оценки роли условно-патогенных микроорганизмов в патологии могут быть использованы следующие критерии.
Выделение микроорганизмов из крови, спинномозговой жидкости или других жидкостей организма, которые в норме у здоровых людей являются стерильными.
Обнаружение в исследуемом материале, особенно при дисбактериозах, условно-патогенных микроорганизмов в до статочно больших количествах (например, 105—107 микробных клеток в 1 мл). Для этого проводят количественное определение микроорганизмов по числу КОЕ в 1 г или 1 мл испытуемого образца. Эти количественные показатели могут варьировать в зависимости от вида микроорганизмов, типа исследуемого материала, характера и стадии заболевания.
Повторное, многократное (в течение суток или через сутки) выделение одного и того же микроорганизма из одного и того же материала от больного (например, из крови при
сепсисе и т.д.).
Обнаружение идентичных условно-патогенных микроорганизмов в разных образцах материала (например, при пищевых токсикоинфекциях — в промывных водах желудка, рвотных массах, испражнениях, пищевых продуктах).
Нарастание титра антител в 4 раза и более в парных сыворотках крови больного в отношении условно-патогенного микроорганизма, который предполагается как возбудитель данного патологического процесса. В ряде случаев рекомендуется использовать в качестве антигенов аутоштаммы микроорганизмов, выделенные от больных.
Положительные кожно-аллергические реакции у больных с аллергенами, приготовленными из условно-патогенных микроорганизмов.
В случае внутрибольничных (нозокомиальных) инфекций — выделение идентичных культур микроорганизмов от группы больных.
Совпадение данных лабораторного определения чувствительности микроорганизмов к антибиотикам с эффективностью антимикробной терапии в клинических условиях, под
тверждаемое улучшением состояния больного и уменьшением количества или элиминацией соответствующих микроорганизмов.
Условно-патогенные микроорганизмы (синоним: оппортунистические) представляют собой большую группу микроорганизмов, занимающих различное систематическое положение.
Они встречаются среди аэробных и анаэробных бактерий, грибов, простейших. В клинической микробиологии наиболее часто встречаются условно-патогенные микроорганизмы, относя
щиеся к родам Staphylococcus, Streptococcus, Escherichia, Klebsiella, Proteus, Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Pseudomonas, Haemophilus, Bacteroides, Veillonella, Vibrio, Peptococcus, Peptostreptococcus, Mycobacterium, Mycoplasma, Candida и др.
• ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНЫХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Результаты лабораторных исследований оформляют на специальных бланках, которые передают лечащему врачу.
В ответе прежде всего указывают наличие патогенных, а также условно-патогенных микроорганизмов, обнаруженных при микробиологическом исследовании. Сообщают также данные лабораторного определения чувствительности микроорганизмов к антибиотикам.
При обнаружении микробных ассоциаций перечисляют все микроорганизмы, указывают доминирующие виды и количественные микробиологические показатели.
В соответствии с правилами международной номенклатуры в ответах приводят видовые названия микроорганизмов, например: Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa
и т.д.
С целью ускорения лабораторных исследований в ряде случаев при выделении условно-патогенных микроорганизмов вполне допустимо в ответе ограничиться указанием только
родовой принадлежности обнаруженных микроорганизмов, например Proteus sp., Candida sp. и т.д.
Глава 12