Bacteriile care cauzează boli infecțioase se numesc bacterii patogene, întrucât sunt capabile să colonizeze anumite regiuni structurale ale gazdei și să inducă un proces infecțios prin invazia și penetrarea barierelor anatomice de apărare și prin pătrunderea ulterioară în circulația limfatică și vasculară producând septicemia. Gravitatea infecției depinde de gradul de patogenie și virulență al agentului patogen respectiv. Patogenia și virulența reprezintă markeri de agresivitate ai bacteriei care a colonizat gazda.

Agresivitatea bacteriilor

Patogenitatea determină capacitaea unei bacterii de a genera fenomene inflamatorii, modificări locale și generale și incapacitate funcțională a segmentului colonizat. Este o caracteristică determinată genetic.

Virulența este un atribut care determină gradul diferit de patogenitate al diferitelor tulpini bacteriene. Depinde de condițiile în care bacteria respectivă poate trăi și se poate multiplica. Cuantificarea virulenței se face prin determinarea numărului de bacterii necesare pentru a omorî 50% dintr-un grup de animale. Rezultatul se exprimă printr-un cuantificator denumit doza letală 50 (DL50).

Patogenitatea și virulența sunt determinate de anumiți factori care sunt:
- Multiplicarea și invazivitatea germenilor
- Multiplicarea și elaborarea de toxine de către germenii toxigeni (capabili să fabrice toxine microbiene)

Multiplicarea germenilor începe la poarta de intrare și apoi se extinde cu invadarea organismului de către germeni prin constituirea abceselor și propagarea din aproape în aproape în pată de ulei cu distrugerea țesuturilor locale. În afară de capacitatea de a se multiplica local, germenele poate produce infecții la distanță prin invazia în circulația sistemică (bacteriemie). Bacteriemia se produce numai dacă germenele rezistă mecanismelor de apărare a gazdei și fagocitozei. De asemenea, el trebuie să fie capabil să adere la celulele mucoaselor și să extravazeze din țesuturi în capilarele sangvine prin traversarea peretelui endotelial.

Invazivitatea este o caracteristică derivată din capacitatea germenilor de a se multiplica și reprezintă capacitatea germenilor de a invada și distruge țesuturile în care se multiplică excesiv, cu pătrunderea lor în circulația sistemică limfatică sau sangvină.

Factorii morfologici de structură care permit multiplicarea și invazivitatea sunt:
- Pilii sau fimbriile care sunt pseudopode cu ajutorul cărora se realizează aderarea bacteriei la mucoase și vase de sânge
- Lecitinele sunt proteine situate pe peretele bacterian care au tropism pentru carbohidrați, carbohidrații reprezentând sursa de energie bacteriană
- Liganzii sunt molecule cu ajutorul cărora bacteriile realizează legături cu substratul (cu țesutul în care se dezvoltă)
- Glicocalixul - este o componentă structurală de la suprafața peretelui celulei bacteriene
- Capsula bacteriană se opune fagocitozei și este implicată în aderarea la țesuturi

Bacteriile sunt capabile să producă și anumite enzime și factori care împiedică acțiunea răspunsului imun asupra lor:
- Producția de catalază, glutation peroxidază și superoxid dismutază care inhibă toxicitatea radicalilor activi de oxigen asupra germenelui (Stafilococ auriu)
- Producerea de factori care conferă rezistență la enzimele lizozomale de liză (Salmonella, Mycobacterium)
- Producerea de enzime litice precum colagenaza, hialuronidaza și fibrinolizina produse de streptococ și stafilococ, lecitinaza și fosfolipaza produse de Clostridium Perfigens, neuraminidazele produse de Vibrio Cholerae și Shigella, hemolizinele produse de streptococ, stafilococ și unele clostridii
- Substanțele care inhibă acțiunea anticorpilor și citokinelor sunt: IgA proteaza produse de gonococ, meningococ și Hemophillus Influenzae, Protenia A stafilococică care inhibă opsonizarea, endotoxinele care cresc sinteza de interleukine și accentuează inflamația etc.

Toxinele bacteriene

După multiplicarea germenilor la poarta de intrare se eliberează exotoxinele bacteriene care alterează celulele și distrug țesuturile nu numai local, ci și la distanță prin inhibarea metabolismului celulei eucariote și prin apariția incapacității funcționale a țesutului colonizat bacterian.

Exotoxinele

Sunt în general elaborate de germenii gram pozitivi (bacilul difteric, streptococul beta hemolitic de grup A, clostridium botulinum) și de către bacilii gram negativi prin mecanism cromozomial (Vibrio Cholerae, Bordetella pertussis, Shigella, pseudomonas aeruginosa). Au structură proteică și afinitatea lor pentru țesuturi este diferită în funcție de specia care le-a produs. De exemplu, exotoxina eliberată de bacilul difteric are tropism pentru miocard, rinichi și sistemul nervos central. Manifestările clinice care succedă afectarea țesuturilor de către toxină nu apar imediat, ci după o anumită perioadă de latență, necesară fixării toxinei de către celulele țesutului țintă.

Antidoturile pentru exotoxine sunt eficace numai când toxina este liberă în circulația sistemică, deoarece numai atunci toxina putând fi neutralizată de către anticorpii anti-toxină ce apar ca urmare a administrării serurilor imune.

Toxinele au structură proteică și în momentul cînd ajung în circulație determină apariția de anticorpi naturali specifici numiți anticorpi anti-toxine. Prin prelevarea acestor antitoxine se prepară antidoturi care conțin în special seruri extrase de la cal care vor fi utilizate pentru neutralizarea toxinei și în tratament. Anti-toxinele preparate in vitro și-au găsit utilitatea practică în tratamentul difteriei, tetanosului sau botulismului, fiind capable să stimuleze răspunsul imun al organismului infectat.

Endotoxinele

Sunt secretate de germenii gram negativi și se pot evidenția la nivelul membranei lor externe, întrucât după excreție sunt incluse în peretele bacterian. Cât timp germenii sunt viabili, aceste toxine nu sunt periculoase, ele eliberându-se după distrugerea și moartea germenilor care le-au produs. Structura lor este lipopolizaharidică, spre deosebire de exotoxine care au structură proteică. Toxicitatea lor este mai mică decât a exotoxinelor dar pot acționa la mai multe nivele și dereglează homeostazia organismului cu producerea de febră, scăderea numărului leucocitelor, hipotensiune arterială, sindrom de coagulare intravasculară diseminată și hiperpermeabilitate vasculară. Sunt implicate și în apariția șocului endotoxic care apare când numărul germenilor distruși de către reacțiile imunitare este foarte mare și astfel se eliberează o cantitate mare de toxină, cantitatea de toxină eliberată fiind proporțională cu numărul de germeni distruși. Puterea lor antigenică și imunogenică este mai mică decât puterea endotoxinelor.

Mecanismele de apărare

Apărarea organismului față de infecțiile bacteriene se realizează prin însumarea capacității de păstrare a homeostaziei organismului, rezistenței față de aderare a germenilor patogeni la țesuturi și capacitatea germenilor de colonizare la distanță și multiplicare în organism.

Apărarea antiinfecțioasă este realizată de căre următoarele structuri:
1. Bariera anatomică reprezentată de mucoase și țesutul cutanat care împiedică pătrunderea germenilor în sistem prin integritatea sa anatomică, prezența de imunoglobuline A secretorii pe suprafața mucoaselor, existența la nivelul ei a anumitor enzime precum lactoferina, alfa 1 antitripsina și lizozimul, pH-ul acid al sucului gastric și prezența florei saprofite normale al cărei microhabitat este înlocuit de către germenii patogeni.
2. Barierele reprezentate de organe precum bariera hemato-encefalică și bariera feto-placentară
3. Ganglionii limfatici care întrerup traseul vaselor limfatice și care primesc antigenele transportate de circulația limfatică. În momentul în care antigenele ajung intraganglionar ele sunt prezentate limfocitelor aflate la acel nivel și se declanșează local răspunsul imun.
4. Sistemul fagocitar microcito-macrofagic și sistemul fagocitar polimorfonuclear cu celule care au un grad ridicat de citotoxicitate și capacitate mare de fagocitare a germenilor cu distrugerea lor.
5. Sistemul complement care pe de o parte realizează procesul de opsonizare prin componenta C3b care sensibilizează antigenul pentru a facilita fagocitoza și pe de altă parte cascada reprezentată de căile sistemului complement, clasică și alternativă activează complexul de atac al membranelor cu perforarea membranelor celulare și liza lor osmotică.
6. Citokinele care sunt reprezentate de interferoni (foarte activi în apărarea antivirală), interleukine, factorii de stimulare ai coloniilor granulocitare, factorul de necroză tumorală și factorii de creștere.
7. Sistemul imun umoral și celular
8. Complexul major de histocompatibilitate, imunitatea naturală, nutriția organismului respectiv și factorii endocrini.

Imunogenicitatea bacteriilor

Imunogenicitatea este capacitatea unei bacterii de a induce fie răspuns imun umoral, fie răspuns imun celular. Ea depinde de următorii factori:
- Structura chimică a bacteriei implicate trebuie să fie cât mai diferită față de structurile celulelor proprii ale organismului. Modificarea structurii aminoacizilor din antigen va fi recunoscută instantaneu și va conduce la un răspuns imun din cauza faptului că sunt sesizate diferențele majore dintre structura antigenului și structura selfului. Un răspuns imun va fi cu atât mai puternic cu cât structura antigenică provine de la o specie mai îndepărtată din punct de vedere filogenetic.
- Structura antigenului trebuie să fie stabilă, rigidă și să se mențină constantă în timp.
- Antigenul trebuie să persiste suficient de mult timp în organism pentru că dacă este rapid îndepărtat nu va duce la apariția unui răspuns imun. De exemplu, vaccinurile care au în componența lor structuri bacteriene inactive sau atenuate și sunt utilizate pentru prevenirea anumitor boli nu vor duce la realizarea unui răspuns imun amplu deoarece sunt epurate rapid din organism.
- Greutatea moleculară a antigenului trebuie să fie cât mai mare, de preferință să depășească 5 kiloDaltoni.
- Antigenul trebuie să aibă o structură cât mai complexă din punct de vedere chimic. Din acest punct de vedere proteinele sunt cele mai imunogene antigene, urmate de lipide și acizi nucleici.
- Doza de antigen trebuie să fie cât mai mare pentru a declanșa o reacție imună.

Proprietățile răspunsului imun

Un antigen pătruns pentru prima oară în organism este întâmpinat de un număr mic de limfocite B sau T specifice și capabile să recunoască epitopii antigenului respectiv. De asemenea, nu există la momentul respectiv nicio celulă capabilă să elimine antigenul, prin urmare se va declanșa o cascadă de reacții care fie vor determina apariția limfocitelor T citotoxice care secretă citokine și se va produce răspunsul imun celular, fie apariția plasmocitelor derivate din limfocitele B care secretă anticorpi și se va produce răspunsul imun umoral.

Răspunsul imun reprezintă multitudinea de reacții care au loc după ce un antigen a intrat în organism. Reacțiile constau în activarea limfocitelor, eliberarea de diverse molecule, multiplicarea celulelor specifice imunității finalizate cu producerea de limfocite T citotoxice sau de anticorpi specifici.

Specificitatea este principala caracteristică atât a imunității în general cât și a imunității anti-bacteriene în special. Antigenul va recunoaște anticorpul pe principiul clasic al potrivirii cheii într-o broască. O altă caracteristică foarte importantă este capacitatea de discriminare între self (structurile proprii organismului) și non-self (structurile antigenice). Prin urmare răspunsul imun are capacitatea de a reacționa numai împotriva moleculelor care îndeplinesc condițiile de imunogenicitate.

Răspunsul imun mediat prin anticorpi este răspuns imun umoral, iar cel mediat prin celulele cu capacitate citotoxică este răspunsul imun celular. Ambele tipuri de răspuns pot fi activate sau inhibate de către citokine. Față de antigenele timo-dependente se poate dezvolta fie răspuns imun umoral, fie răspuns imun celular. Față de antigenele timo-independente se va dezvolta doar răspuns imun umoral prin anticorpi.

Apărarea contra bacteriilor nu este cu nimic diferită de apărarea împotriva altor tipuri de antigene care invadează organismul precum virusuri, toxine sau celule maligne. Bacteriile sunt capabile, ca oricare alt antigen să declanșeze atât răspuns imun umoral cît și răspuns imun celular.

Răspunsul imun umoral

Rezultatul final al desfășurării lui este constituit de producerea de anticorpi specifici și intervine în distrugerea bacteriilor și inhibarea acțiunii toxinelor bacteriene.
El este indus de către antigenele timo-dependente a căror varietate este foarte mare: proteine, acizi nucleici, substanțe sintetice, toxine cu structură proteică. Alergenii sunt un tip de anticorpi care determină răspuns imun umoral cu IgE.

O bacterie care penetrează bariera cutanată și ajunge în țesutul subcutatanat va determina un proces inflamator local după care va migra în circulația limfatică și va ajunge la nivelul organelor limfoide secundare unde va lua contact cu celulele specializate în fagocitoză. Centrii germinativi ai organelor limfoide secundare suferă numeroase modificări ca urmare a acțiunii antigenului cu apariția plasmocitelor producătoare de anticorpi și cel mai important, a limfocitelor care posedă memorie imunologică și care la un contact ulterior cu același antigen vor declanșa un răspuns imun prompt și eficace.

Răspunsul imun primar

Este răspunsul imun care se produce la primul contact cu antigenul, când nu există limfocite cu memorie sensibilizate pentru antigenul respectiv. Răspunsul imun primar este elaborat de către limfocitele naive, din ganglionii limfatici care nu au intrat niciodată în contact cu un anumit antigen, iar etapele prin care acesta se produce sunt următoarele:

1. Latența este perioada care începe la contactul cu antigenul și se termină în momentul în care antigenul este prezentat în cuplu cu moleculele complexului major de histocompatibilitate, de către celulele prezentatoare de antigen către limfocitele B naive. Durata ei este variabilă depinzând de natura antigenului și de calea pe care acesta a pătruns în organism. În principiu durează 3 zile.

2. Creșterea logaritmică este reprezentată de sinteza anticorpilor de către plasmocite care durează tot 3 zile. Anticorpii devin decelabili prin reacții de laborator care detectează complexele imune antigen-anticorp. Titrul anticorpilor produși de plasmocite se va menține constant o perioadă urmând faza de stagnare, timp în care se poate pune diagnosticul de infecție. Actualmente se pot pune în evidență anticorpii în următoarele 5-14 zile de la contactul cu antigenul declanșator. Ulterior titrul anticorpilor scade treptat și precizia diagnostică nu mai este aceeași.

3. Natura anticorpilor. Primii anticorpi care apar sunt cei de tip IgM iar câteva zile mai târziu apar anticorpii de tip IgG, al căror nivel crește în timp ce nivelul IgM scade ca urmare a fenomenului de comutare izotipică sau switch imunologic. Anticorpii care persistă câteva zile, luni sau chiar toată viața (depinde de tipul infecției - în bolile copilăriei anticorpii persistă o perioadă foarte lungă de timp) sunt cei de tip IgG.

Răspunsul imun secundar

Apare după un contact ulterior cu același antigen responsabil de declanșarea răspunsului imun primar și este specific, fiind mediat de limfocitele cu memorie imunologică. Spre deosebire de răspunsul imun primar apare chiar dacă doza de antigen care a invadat organismul este foarte mică și are o latență foarte redusă, în jur de 24 de ore. Faza de creștere logaritmică este atinsă foarte rapid și titrul anticorpilor care sunt numai anticorpi de tip IgG crește rapid. Și titrul anticorpilor este mult mai ridicat decît în răspunsul imun primar și anticorpii persistă un timp mult mai îndelungat. Dacă în răspunsul imun primar persistau de la câteva zile până la două săptămâni, în răspunsul imun secundar ei pot persista de la câteva luni la câțiva ani.

Limfocitele cu memorie sunt limfocitele care apar în urma răspunsului imun primar și sunt recirculate permanent după ce antigenul care a determinat formarea lor este epurat din organism prin reacția imună primară. Memoria imunitară este specifică, limfocitele cu memorie fiind capabile să recunoască numai antigenul care a sensibilizat limfocitele naive în cursul răspunsului imun primar.

Tipul de anticorpi produși în cursul răspunsului imun are o importanță covârșitoare, întrucât anticorpii de tip IgM indică o infecție acută, recentă, în timp ce anticorpii de tip IgG indică o infecție veche, cronică.

Diagnosticul serologic al unei infecții bacteriene se face în dinamică, prin determinarea succesivă a titrului de anticorpi la intervale regulate de timp pentru a se evidenția dacă infecția se cronicizează sau nu, fapt stabilit în funcție de apariția anticorpilor de tip IgG.

De asemenea, infecțiile congenitale care se transmit transplacentar de la mamă la făt pot fi recunoscute tot prin analiza anticorpilor, întrucât anticorpii IgM au masă moleculară foarte mare și nu pot traversa bariera placentară, fătul primind de la mamă anticorpi de tip IgG, cei de tip IgM fiind produși mai târziu, pe măsură ce fătul intră în contact cu antigenele din mediul exterior. Dacă mama contactează o infecție în timpul sarcinii ea va produce anticorpi de tip IgM cînd infecția este acută și anticorpi de tip IgG pe măsură ce infecția se cronicizează. Anticorpii de tip IgG vor traversa bariera placentară și vor ajunge în circulația fătului, la naștere titrul acestora putând fi decelabil însă prezența lor nu semnifică faptul că infecția s-a transmis de la mamă la făt ci doar că fătul a primit anticorpii de la mamă. Însă, în momentul în care după naștere la făt sunt decelabili anticorpi de tip IgM anti-agentul patogen care a produs infecția la mamă înseamnă că fătul a contactat infecția cu cale de transmitere transplacentară.

Elaborarea anticorpilor

Antigenul pătruns în organism și recunoscut ca făcând parte din categoria de molecule non-self este fagocitat și prelucrat de către celulele prezentatoare de antigen (macrofage, celule dendritice, limfocite). Ele vor prelucra antigenul și îl vor descompune în epitopi care vor fi prezentați împreună cu moleculele complexului major de histocompatibilitate către limfocitele T helper care vor secreta ulterior interleukinele de tip 2, 4, 5 și 6 care activează limfocitele B care vor intra în ciclul celular și vor prolifera policlonal. Ulterior clonele limfocitelor B activate se vor transforma în plasmocite care sunt celule producătoare de anticorpi.

Răspunsul imun celular

Este acel răspuns imun direcționat către celulele purtătoare de antigen și anume către celulele care sunt infectate cu virusuri și microorganisme cu multiplicare intracelulară precum Micobacteriile, Listeria Monocytogenes, Brucella, paraziții intracelulari și celulele tumorale.

Aceste microorganisme vor pătrunde în diferite celule printre care și macrofagele care, după ce au ingerat antigenul vor începe să secrete interleukinele 1, 6, 10 și 12, TNF alfa și TNF beta care produc următoarele efecte: TNF alfa activează macrofagul în care a pătruns antigenul, TNF beta activează macrofagele care nu au fost infectate încă, pregătindu-le pentru acțiune împotriva antigenelor care le vor ataca, TNF alfa, interleukina 10 și interleukina 12 vor activa celulele Natural Killer extrem de citotoxice.

Antigenul care declanșează răspunsul imun celular este încorporat într-o celulă purtătoare. Dacă celula purtătoare este macrofagul, acesta va degrada antigenul în peptide și le va cupla cu moleculele MHC. Peptidele antigenice sau epitopii vor fi prezentate către limfocitele T helper de către celulele prezentatoare de antigen și determină astfel activarea limfocitelor T helper care vor sintetiza interleukină 2. Interleukina 2 activează limfocitele T citotoxice care vor distruge celula infectată cu antigen.

Imunitatea anti-bacteriană

Imunitatea dobîndiă activ este cea care apare după contactul cu antigenul bacterian în urma unei infecții (imunitate dobândită activ în mod natural) sau după vaccinare (imunitate dobândită activ în mod artificial). Caracteristica acestui tip de imunitate este că este de lungă durată și protecția este eficientă pe perioadă lungă de timp. Însă dezavantajul este acela că răspunsul imun se va instala lent.

Imunitatea dobândită pasiv apare în momentul în care în organismul uman pătrund anticorpi produși de o altă gazdă. Un exemplu clasic este administrarea de antitoxină difterică, tetanică sau botulinică care va determina introducerea unei cantități mari de toxină în sistemul circulator al gazdei cu rol în neutralizarea toxinei produsă de agentul patogen.

Vaccinurile

Sunt produse imunologice de sinteză constituite dintr-o suspensie de microorganisme care pot fi fie vii atenuate sau vii inactivate. Vaccinul nu trebuie să conțină întregul microorganism ci poate conține și fracțiuni din acestea cu structuri proteice suficient de bine evidențiate astfel încât să stimuleze mecanismele imune. Această stimulare pregătește organismul și îl imunizează împotriva unei eventuale infecții prin creșterea rezitenței specifice a gazdei cu stimularea răspunului umoral sau celular. Vaccinarea este o metodă profilactică, niciodată nu trebuie să fie văzut ca o metodă curativă deoarece previne, nu vindecă o anumită boală. Vaccinurile sunt de un real folos în timpul unei epidemii cum ar fi cea cu virus gripal pentru prevenirea apariției de cazuri noi.

Există mai multe tipuri de vaccinuri, în funcție de componentele din microorganism care intră în compoziția lor:
- Vaccinuri corpusculare bacteriene sau virale care sunt constituite din corpi vii de microorganisme atenuate sau distruse (inactivate) prin acțiunea unor factori fizici sau chimici cum ar fi căldura sau anumite substanțe. De exemplu vaccinul BCG este administrat în maternitate obligatoriu fiecărui nou-născut, pentru prevenția tuberculozei fiind un vaccin viu atenuat care stimulează răspunsul imun celular împotriva agentului Mycobacterium Tuberculosis.
- Vaccinurile subunitare sunt produse prin inginerie genetică și au un grad de siguranță superior, întrucât efectele secundare sunt cu mult diminuate. Exemplu: vacciunul pertusis acelular, vaccinul anti virus hepatitic B.
- Vaccinuri care conțin anatoxine bacteriene purificate și adsorbite pe suport mineral cum este vaccinul DTP sau diftero-tetano-pertusis care conține antitoxină tetanică și difterică și corpi de Bordetella Pertusis omorâți.

În funcție de numărul de componente bacteriene pe care le conțin vaccinurile sunt:
1. Monovalente conțin un singur antigen: rujeolos, rubeolos, pertusis acelular, BCG
2. Asociate care conțin amestecuri de antigene: DTP, rujeolos-rubeolos.