细菌的生物学性状

第二章　微生物学总论

学　习　目　标

1．细菌有哪些基本结构与特殊结构?各有何生理功能?革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁有何不同?

2．细菌生长繁殖需要哪些条件?

3．简述消毒、灭菌的概念及常用的消毒灭菌方法。

4．病毒是如何致病的?简述病毒在宿主细胞内的增殖过程。

5．何谓医院内感染?防止医院内感染的措施有哪些?

6．细菌感染性疾病的实验室诊断方法有哪些?

7．真菌孢子与细菌芽胞如何区分?真菌可以引起哪些疾病?

8．微生物感染的途径有哪些?如何防治微生物感染性疾病?

第一节　微生物的生物学性状

一、细菌的生物学性状

细菌(bacterium)是一类具有细胞壁和核质的单细胞原核细胞型微生物，有广义和狭义两种范畴。广义泛指原核细胞型微生物，包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体等。狭义则专指其中数量最大、种类最多、最具代表性的细菌。了解细菌的形态与结构特征，不仅是鉴定细菌的一项依据，而且与其生理功能、致病性及免疫性等都密切相关。

(一)细菌的大小与形态

1．细菌的大小　细菌体积微小，一般以微米(μm)作为测量单位，1μm= 1/ 1 000 mm。肉眼的最小分辨力为0．2 mm，因此，必须借助显微镜将细菌放大几百倍到上千倍才能看到。不同种类的细菌大小不一，多数球菌直径约1μm，中等大小的杆菌长约2～3μm、宽约0．3～0．5μm。

2．细菌的形态　细菌的基本形态有三种:球形、杆形和螺旋形，分别称为球菌、杆菌和螺形菌(图2－1)。

图2－1　细菌的基本形态

(1)球菌(coccus)外形呈球形或近似球形(如肾形、豆形、矛头形等)，根据细菌分裂的平面和菌体之间排列方式不同可分为如下几种。

双球菌(diplococcus):在一个平面上分裂，分裂后两个菌体成双排列，如肺炎链球菌、脑膜炎奈瑟菌。

链球菌(streptococcus):在一个平面上分裂，分裂后多个菌体成链状排列，如乙型溶血性链球菌。

葡萄球菌(staphylococcus):在多个不规则的平面上分裂，分裂后菌体多堆积在一起呈葡萄状排列，如金黄色葡萄球菌。

四联球菌(tetrad):在两个相互垂直的平面上分裂，分裂后四个菌体排成方形，如四联加夫基菌。

八叠球菌(sarcina):在三个互相垂直的平面上分裂，分裂后八个球菌黏附成包裹状，如藤黄八叠球菌。

除上述典型的排列特征外，在显微镜下观察细菌，还可见分散、单个的细菌存在。

(2)杆菌(bacillus)外形呈杆状。不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致。大杆菌如炭疽杆菌长3～10μm，中等杆菌如大肠埃希菌长2～3μm，小杆菌如布鲁菌长0．6～1．5 μm。多数杆菌为直杆状，也有的菌体微弯;多数呈分散排列，也有的呈链状排列;菌体两端大多呈钝圆形，少数两端平齐(如炭疽芽胞杆菌);有的杆菌末端膨大呈棒状，称为棒状杆菌(如白喉棒状杆菌)，有的呈分支状，称为分枝杆菌(如结核杆菌)。

(3)螺形菌(spiral bacterium)外形弯曲呈弧形或螺形，可分为如下几种。

弧菌(vibrio):菌体只有一个弯曲，菌体长2～3μm，呈弧状或逗点状，如霍乱弧菌。

螺菌(spirillum):菌体有数个弯曲，菌体长3～6μm，如鼠咬热螺菌。

螺杆菌(helicobacterium):菌体细长弯曲呈弧形或螺旋形，如幽门螺杆菌。

细菌的形态受温度、pH、培养基成分和培养时间等各种理化因素的影响。一般来说，在生长条件适宜时培养8～18 h的细菌形态较为典型，幼龄细菌形体较长;在不利环境或菌龄老时，细菌常出现梨形、气球形等不规则的多形性，称为衰退型。观察细菌形态和大小特征时，应选择适宜生长条件下的对数期为宜。

(二)细菌的结构

细菌的结构包括基本结构和特殊结构两部分。基本结构是一个细菌生存不可缺少的或各种细菌都具有的结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质及核质。特殊结构是某些细菌在一定条件下所形成的特有结构，如荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞等(图2－2)。

图2－2　细菌的细胞结构模式图

1．基本结构

(1)细胞壁(cellwall)位于细菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围，是一层较厚(5～80 nm)、质量均匀的膜状结构。厚度随菌种而异，平均为12～30 nm，占菌体干重的10%～25%。细菌经革兰染色分为革兰阳性菌(G+菌)和革兰阴性菌(G－菌)，两类细菌细胞壁的化学组成有明显差异。革兰阳性菌细胞壁由肽聚糖和磷壁酸组成;革兰阴性菌细胞壁由肽聚糖和外膜组成。

1)肽聚糖　又称黏肽，是细菌细胞壁的主要化学成分，为原核生物细胞所特有的物质。G+菌的肽聚糖由聚糖骨架、四肽侧链和五肽交联桥三部分组成(图2－3)。G－菌肽聚糖仅有聚糖骨架和四肽侧链两部分组成(图2－4)。

图2－3　金黄色葡萄球菌细胞壁的肽聚糖结构

图2－4　大肠埃希菌细胞壁的肽聚糖结构

聚糖骨架由N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸两种氨基糖经β－1，4糖苷键交替间隔排列形成，由四种氨基酸组成的四肽侧链连接在N－乙酰胞壁酸上。革兰阳性菌的四肽侧链再由五肽交联桥相连，组成三维立体网状结构，各种细菌细胞壁的肽聚糖骨架均相同，但四肽侧链和五肽交联桥的组成和连接方式随菌种而异。革兰阴性菌的四肽侧链与相邻四肽侧链直接连接，没有五肽交联桥，因而形成较疏松的二维平面结构。

凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都能损伤细胞壁而使细菌变形或死亡，例如溶菌酶能切断肽聚糖中N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸之间的β－1，4糖苷键之间的连接，破坏肽聚糖骨架，引起细菌裂解。青霉素和头孢菌素能与细菌竞争合成细胞壁过程所需的转肽酶，抑制四肽侧链上D－丙氨酸与五肽交联桥之间的连接，使细菌不能合成完整的细胞壁，而导致细菌死亡。人和动物细胞无细胞壁结构，亦无肽聚糖，故溶菌酶和青霉素对人体细胞均无毒性作用。

2)革兰阳性菌细胞壁的特殊组分　G+菌的细胞壁较厚，除含有15～50层肽聚糖(约占细胞壁干重的50%～80%)结构外，还含有大量磷壁酸(图2－5)。磷壁酸分壁磷壁酸和膜磷壁酸两种，前者一端与肽聚糖的N－乙酰胞壁酸连接，后者一端与细胞膜连接，它们的另一端均游离于细胞壁外。磷壁酸免疫原性很强，是革兰阳性菌的重要表面抗原，某些细菌的磷壁酸对人类细胞具有黏附作用，与致病性有关。

图2－5　G+细菌细胞壁结构模式图

3)革兰阴性菌细胞壁的特殊组分　G－菌的细胞壁较薄，但结构比较复杂。除含有1～2层肽聚糖(约占细胞壁干重的5%～20%)外，尚有特殊组分外膜(约占细胞壁干重的80%)。外膜位于细胞壁肽聚糖层的外侧，由脂蛋白、脂质双层、脂多糖三部分组成(图2－6)。脂多糖是革兰阴性菌的内毒素，与致病性有关。由于革兰阴性菌细胞壁含肽聚糖少，且受外膜层的保护，因此对青霉素和溶菌酶不敏感。

革兰阳性菌和革兰阴性菌的细胞壁结构显著不同，导致这两类细菌在染色性、免疫原性、毒性及对某些药物的敏感性等方面存在很大差异(表2－1)。

表2－1　革兰阳性菌与革兰阴性菌细胞壁结构的比较

图2－6　G－细菌细胞壁结构模式图

4)细胞壁的功能　细菌细胞壁坚韧而富有弹性，其主要功能是:

·维持细菌的固有形态并保护细菌抵抗低渗环境。细菌菌体内的渗透压高达5～25个大气压，但在低渗的环境下细胞不易破裂，此与细胞壁的保护作用有关。

·参与细菌体内外的物质交换。细胞壁上有许多小孔，可允许水分及直径小于1 nm的可溶性小分子物质自由通过。

·决定了细菌的抗原性。细胞壁表面有多种抗原表位，可以诱发机体的免疫应答。革兰阳性菌的磷壁酸是重要表面抗原，与血清型分类有关。

·与细菌的致病性有关。革兰阴性菌的外膜是一种有效的屏障结构，保护细菌免受机体的体液杀菌物质、肠道的胆盐及消化酶等的作用，还可阻止某些抗生素的进入，成为细菌的天然耐药机制之一。内毒素是革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖，也是革兰阴性菌重要的致病物质，能引起发热等炎症反应，甚至休克死亡。另一方面内毒素也可非特异性增强机体抵抗力，并有抗肿瘤等作用。

5)细菌L型　细菌细胞壁中的肽聚糖结构受到理化、生物因素的直接破坏或合成被抑制，这种细胞壁受损的细菌在普通环境中一般不能耐受菌体内部的高渗透压而会胀裂死亡，但在高渗环境中，由于菌体内、外渗透压处于平衡状态，它们仍可存活，称为细胞壁缺陷型，因其首先在Lister研究院发现而得名为L型细菌。革兰阳性菌L型的原生质仅被一层细胞膜包裹，称为原生质体，必须生存于高渗环境中。革兰阴性菌L型肽聚糖层受损后尚有外膜保护，称为原生质球，在低渗环境中仍有一定的抵抗力。

细菌L型的形态因细胞壁缺失而呈高度多形性，有球状、杆状和丝状，大小不一，且着色不均，无论是革兰阳性或阴性菌，形成L型后大多数被染成革兰阴性。细菌L型生长繁殖时的营养要求基本与原菌相同，但必须补充3%～5% NaCl、10%～20%蔗糖或7%聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等稳定剂，以提高培养基的渗透压。同时还需要加入人或马血清。细菌L型生长较缓慢，一般培养2～7 d后在培养基表面形成中间较厚、四周较薄的荷包蛋样细小菌落，也有的长成颗粒状或丝状菌落。细菌L型在液体培养基中生长后呈较疏松的絮状颗粒，沉于管底，培养液则澄清。去除诱发因素后，有些L型可回复为原菌，有些则不能回复，其决定因素为L型是否含有残存的肽聚糖作为自身再合成的引物。

某些细菌L型仍有一定的致病力，通常引起慢性感染，如尿路感染、骨髓炎、心内膜炎等，并常在作用于细胞壁的抗菌药物(β－内酰胺类抗生素等)治疗过程中发生。临床遇有症状明显而标本常规细菌培养阴性者，应考虑细菌L型感染的可能性，宜做细菌L型的专门分离培养，并更换抗菌药物。

(2)细胞膜(cellmembrane)　又称胞质膜，位于细胞壁内侧，紧密包绕在细胞质外面的具有弹性的半渗透性脂质双层生物膜。约占细胞干重的10%，厚度为7～8μm，细菌细胞膜的结构与真核细胞基本相同，由磷脂和多种蛋白质构成，但不含胆固醇。

细菌细胞膜具有十分重要的生理功能。细胞膜有选择性通透作用，与细胞壁共同完成菌体内外的物质交换;膜上有多种酶，如组成呼吸链的酶、三羧酸循环的某些酶及参与细胞结构合成的一些酶等，通过其参与细胞的呼吸、能量代谢和生物合成等重要的生命过程。如近年来研究较为深入的青霉素结合蛋白，是细菌细胞膜上的一组参与细胞壁肽聚糖合成的酶类(转肽酶)，是青霉素作用的主要靶位，青霉素通过与细菌竞争合成肽聚糖过程中所需的转肽酶，抑制四肽侧链与五肽交联桥或DNA之间的连接，形成脆弱的肽聚糖，从而使细菌在一般渗透压环境中死亡。细菌细胞膜还可以形成特有的结构，如中介体等。

1)中介体(mesosome)　在电子显微镜下，可以看到有的细菌细胞膜内陷、折叠、卷曲而形成细菌特有的囊状结构，称为中介体。多见于革兰阳性菌，每菌可有一个或多个，与细胞的分裂、呼吸、胞壁合成和芽胞形成有关。中介体位置常在菌体的侧面或靠近中央横隔处。横隔中介体与核质相连，当细菌分裂时横隔中介体也一分为二，各自带一套核质进入子代细胞;中介体扩大了细胞膜的表面积，相应地增加呼吸酶的含量，可为细菌提供大量能量，其功能类似于真核细胞的线粒体，故亦称为拟线粒体。

2)胞质间间隙(periplasmic space)　是存在于革兰阴性菌的细胞膜与细胞壁之间的间隙。此处聚集了多种胞外酶，主要是水解酶，与营养物质的分解、吸收和运转有关。能破坏某些抗生素的酶(如青霉素酶)亦集中在此间隙内。

(3)细胞质(cytoplasm)　又称细胞浆，为细胞膜内侧的胶状物质，基本成份是水、蛋白质、脂类、核酸、少量糖和无机盐等。细胞质内含有很多酶系统，是细菌新陈代谢的重要场所。此外，在胞质里还有以下结构:

1)核糖体(ribosome)　亦称核蛋白体。是细菌蛋白质合成的场所，游离于细胞质中，每个细菌体内可达数万个。化学组成约70%是RNA，30%为蛋白质。核糖体的沉降系数为70 S，由50 S和30 S两个亚基组成。链霉素能与细菌核糖体的30 S亚基结合，红霉素、林可霉素能与50 S亚基结合，从而干扰细菌蛋白质的合成而导致细菌死亡。哺乳动物和人体细胞的核糖体与细菌的核糖体不同，故上述抗生素对哺乳动物和人的核糖体没有影响。

2)质粒(plasmid)　是细菌染色体外的遗传物质。为闭合环状的双链DNA，可携带细菌的某些遗传信息。质粒具有既能自我复制、传给子代，又可以通过接合或转导等方式传递给另一细菌的特点。另外质粒还能够控制细菌某些特定的遗传性状。如菌毛(F质粒)、细菌素、毒素和耐药性(R质粒)的产生等。但质粒不是细菌生活所必需的结构。在自然和人工条件下，都可消除质粒，质粒所控制的性状也随之消失。

3)胞质颗粒(cytoplasmic granules)　又称内含物(inclusion)。细胞质中常含有多种颗粒，大多数为营养储藏物，包括糖原、淀粉、脂类，磷酸盐等。在营养丰富的环境中，胞质颗粒数量多;营养缺乏时数量少，甚至会消失。它不是细菌的恒定结构，不同菌种有不同的胞质颗粒，同一菌种在不同环境或生长期亦可不同。常见的有异染颗粒(如白喉棒状杆菌)，其富含高能磷酸盐，嗜碱性较强，用特殊染色法清晰可见。根据异染颗粒的形态及位置，有助于鉴别细菌。

(4)核质(nuclearmaterial)　是细菌的遗传物质，决定细菌的遗传特征。集中在细胞质的某一区域，多在菌体中央，无核膜、核仁和有丝分裂器。因其功能与真核细胞的染色体相似，故称之为细菌的染色体。

细菌的染色体与真核细胞相比，有两个显著的不同:一是细菌染色体的DNA量少得多，序列简单;二是细菌除了RNA基因通常是多拷贝外，绝大多数的蛋白质基因保持单拷贝形式，很少有重复序列。

2．特殊结构

(1)荚膜(capsule)　某些细菌在其细胞壁外包绕一层较厚的黏液性物质，当其厚度大于0．2μm，边界明显光镜下可见时，称之为荚膜，如肺炎链球菌的荚膜(图2－7);若其厚度小于0．2μm，光镜下不可见，称之为微荚膜(microcapsule)，如溶血性链球菌的M蛋白、伤寒沙门菌的Vi抗原及大肠埃希菌的K抗原等。荚膜对一般碱性染色剂亲和力低，不易着色，普通染色只能看到菌体周围有未着色的透明圈。特殊染色法可将荚膜染成与菌体不同的颜色。荚膜的形成受遗传控制及周围环境影响，一般在机体或营养丰富的培养基中易形成荚膜。其化学组成随菌种而异，大多数为多糖，如肺炎链球菌;少数为多肽，如炭疽芽胞杆菌。

荚膜的功能:①抗吞噬作用，荚膜在体内能抵抗宿主吞噬细胞的吞噬和消化作用，因而是细菌的重要毒力因子。例如肺炎链球菌，数个有荚膜菌株就可使实验小鼠致死，无荚膜株则高达上亿个才能使小鼠死亡;②黏附作用，荚膜多糖可使细菌彼此之间黏连，也可黏附于组织细胞或无生命物体表面，是引起感染的重要因素。如变异链球菌依靠荚膜将其固定在牙齿表面，利用口腔中的蔗糖产生大量的乳酸，积聚在附着部位，导致牙齿珐琅质的破坏，形成龋齿。荚膜菌株在住院病人的各种导管内黏附定居，是医院内感染发生的重要因素;③抵抗体液中的杀菌物质，保护菌体避免和减少受溶菌酶、补体、抗菌抗体、抗菌药物等物质的损伤作用;④具有免疫原性，可以帮助鉴别细菌和进行细菌的分型。

图2－7　肺炎链球菌的荚膜

因此，荚膜与细菌致病性与免疫性有关，是构成细菌毒力的重要因素。致病菌失去荚膜后，其致病力也随之减弱或消失。

(2)鞭毛(flagellum)　在许多细菌的菌体上附有细长呈波状弯曲的丝状物称为鞭毛。鞭毛长5～20μm，直径12～30 nm，需用电子显微镜观察，或经特殊染色法使鞭毛增粗后才能在普通光学显微镜下看到。根据鞭毛的数量和部位，可将具有鞭毛的细菌分为四类(图2－8):①单毛菌，只有一根鞭毛，位于菌体一端，如霍乱弧菌;②双毛菌，菌体两端各一根鞭毛，如空肠弯曲菌;③丛毛菌，菌体一端或两端有一丛鞭毛，如铜绿假单胞菌;④周毛菌，菌体上遍布许多鞭毛，如伤寒沙门菌。

图2－8　细菌的鞭毛示意图

鞭毛的结构:鞭毛自细胞膜长出，游离于细胞外。主要化学成分是一种弹力纤维蛋白，其氨基酸组成与骨骼肌中的肌动蛋白相似，可能与鞭毛的运动有关。各菌种的鞭毛蛋白结构不同。

鞭毛的功能:①细菌的运动器官，具有鞭毛的细菌在液体环境中能自由游动。其运动速度以单毛菌运动最快，每秒移动可达55μm，周毛菌运动最慢，每秒约25～30μm，可作为鉴别细菌的一个指标。细菌的运动有化学趋向性，常向营养物质处前进，并避开有害物质;②鞭毛的化学成分为蛋白质，具有特异的抗原性，称为鞭毛(H)抗原，可用于细菌的鉴定、分型;③与致病性有关，例如霍乱弧菌、空肠弯曲菌等通过活泼的鞭毛运动穿透小肠黏膜表面覆盖的黏液层，使菌体黏附于肠黏膜上皮细胞，产生毒性物质导致病变的发生。

(3)菌毛(pilus)　许多革兰阴性菌和少数革兰阳性菌菌体表面存在的比鞭毛更细、短、直，数目较多的丝状物(图2－9)，称为菌毛。菌毛在普通光学显微镜下看不到，必须用电子显微镜观察。菌毛的化学成分为蛋白质，按功能不同，菌毛可分为普通菌毛和性菌毛。

图2－9　细菌的菌毛

普通菌毛(ordinary pilus):普通菌毛短而直，数量多，每菌可达数百根。具有黏附易感细胞的能力。可黏附呼吸道、消化道及泌尿生殖道等黏膜细胞表面。通过黏附，有利于细菌在局部定植而造成感染，可以抵抗肠蠕动及尿液冲洗等的排除作用，因此普通菌毛是细菌的重要致病因子。若失去菌毛，细菌致病力可减弱或消失。

性菌毛(sex pilus):性菌毛比普通菌毛稍粗而长，但比鞭毛短，为中空管状，数量少，每菌仅1～4根，且仅见于少数革兰阴性菌。通常把有性菌毛的细菌称为F+菌或雄性菌，无性菌毛者称F－菌或雌性菌。雄性菌能通过性菌毛与雌性菌接合，将某遗传物质如F质粒传递给雌性菌，使F－菌变为F+菌。

(4)芽胞(spore)某些细菌在一定环境条件下，胞质脱水浓缩，在菌体内形成一个圆形或卵圆形的小体称为芽胞。芽胞的折光性很强，壁厚，不易着色。经特殊染色后，在光学显微镜下才能观察到。

能形成芽胞的细菌主要为革兰阳性菌。细菌形成芽胞的能力是由菌体内的芽胞基因决定的。一般只在动物体外才能形成，其形成条件因菌种而异。如炭疽芽胞杆菌在有氧条件下形成，而破伤风梭菌则相反。营养缺乏，尤其是C、N、P元素缺乏时，易形成芽胞。

成熟的芽胞具有多层厚而致密的膜结构。由内向外依次为核心、内膜、芽胞壁、皮质、外膜、芽胞壳和芽胞外衣(图2－10)。芽胞形成后，菌体逐渐崩解消失，芽胞从菌体脱落游离出来，细菌即失去繁殖的能力。一般认为芽胞是细菌的休眠状态。芽胞带有完整的核质、酶系统和合成菌体组分的结构，能保存细菌全部生命活动物质，不直接引起疾病。当环境适宜时，芽胞又能发育成细菌的繁殖体。一个细菌只能形成一个芽胞，一个芽胞发芽也只能形成一个菌体，因而芽胞不是细菌的繁殖方式。与芽胞相比，未形成芽胞而具有繁殖能力的菌体称为繁殖体。

图2－10　芽胞结构模式图

芽胞大小、形状、位置随菌种而异，有重要的鉴别价值。例如，炭疽芽胞杆菌的芽胞为卵圆形，比菌体小，位于菌体中央;破伤风梭菌芽胞呈圆形，比菌体大，位于顶端，呈鼓槌状;肉毒梭菌芽胞亦比菌体大，位于次极端(图2－11)。

图2－11　细菌的芽胞形态

芽胞对加热、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。一般细菌繁殖体在80℃水中迅速死亡，而芽胞可耐受100℃煮沸数小时。被炭疽芽胞杆菌污染的牧场，传染性可保持20～30年。细菌芽胞并不直接引起疾病，只有发芽成为繁殖体后才具有致病作用。例如，土壤中常有破伤风梭菌的芽胞，一旦外伤创口被泥土污染，进入机体的芽胞在适宜条件下即可发芽成繁殖体而致病。被芽胞污染的用具、敷料、手术器械等，用一般的方法不易将其杀死，杀灭芽胞最可靠的方法是高压蒸汽灭菌。进行消毒灭菌时，应以芽胞是否被杀死作为判断灭菌效果的指标。芽胞抵抗力强的原因，可能与下列因素有关:①芽胞含水量少(约40%)，减弱了热对蛋白的变性损伤作用;②芽胞被膜厚而致密，无通透性，能对抗有害药物及紫外线进入，并防止进一步脱水;③芽胞核心和皮质层中含有一种特有的化学组分吡啶二羧酸(dipicolinic acid，DPA)，与钙生成的盐能提高芽胞中各种酶的热稳定性。芽胞形成过程中很快合成DPA，获得耐热性;芽胞发芽后，DPA从芽胞内渗出，其耐热性亦随之丧失。

(三)细菌的理化性状

1．细菌的物理性状

(1)光学性质　细菌为半透明体，当光线照射至细菌时，部分被吸收，部分被折射，故细菌悬液呈混浊状态。细菌数量越多，浊度越大。因此，可用比浊法或分光光度计粗略估计细菌的数量。

(2)带电现象　细菌固体成分的50%～80%是蛋白质，蛋白质由兼性离子氨基酸组成，在溶液中可电离成带正电荷的氨基()和带负电荷的羧基(C00－)。在一定的pH值溶液中，氨基酸电离的阳离子和阴离子数相等，此时的pH值称为细菌的等电点。细菌所带电荷的性质及多少与外界溶液的pH有关，当溶液的pH等于其等电点时，所带正电荷与负电荷数相同;pH大于其等电点时，所带负电荷数多于正电荷;pH小于其等电点时，所带正电荷数多于负电荷;pH偏离等电点越多，所带电荷数越多。革兰阳性菌等电点为pH2～3，革兰阴性菌的等电点为pH4～5，在生理条件(中性或弱碱性)下，环境中的pH值高于细菌的等电点，细菌带负电荷，并且革兰阳性菌带负电荷更多。细菌的带电现象与细菌的染色反应、凝集反应、抑菌和杀菌作用等有密切关系。

(3)表面积　细菌体积虽小，但单位体积的表面积远比其他生物细胞要大，如葡萄球菌直径为1μm，每立方厘米的表面积为60 000 cm2。细菌的表面积大，有利于菌体与外界的物质交换和新陈代谢，故细菌代谢旺盛，繁殖迅速。

(4)半透性　细菌的细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过，有利于吸收营养和排出代谢产物。

(5)渗透性　细菌体内含有高浓度的营养物质和无机盐，一般革兰阳性菌的渗透压高达20～25个大气压，革兰阴性菌为5～6个大气压。细菌一般生活在低渗环境中，但有坚韧的细胞壁保护而使细菌不致破裂。

2．细菌的化学组成　细菌和其他生物细胞的化学组成相似，由水、无机盐、蛋白质、糖类、脂类、核酸等组成。水分是细菌细胞重要的组成部分，占细胞总重的75%～90%。固体成分占15%～20%，多以复合蛋白组成结构蛋白和功能蛋白，如核蛋白、糖蛋白和脂蛋白;此外糖类占10%～30%;脂类占1%～7%;核酸包括DNA和RNA。还有少数的无机离子，如钾、钠、铁、镁、钙、氯等，用以构成细菌细胞的各种成分及维持酶活性和跨膜化学梯度。细菌还含有与其他生物细胞不同的成分，如肽聚糖、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸等。

(四)细菌的营养与生长繁殖

1．细菌的营养

(1)营养物质　细菌生长繁殖需要的营养物质有:①水分，水是细菌的重要成分之一。细菌所需的营养物质溶于水中才能被吸收;细菌新陈代谢过程中各种生化反应有水才能进行。此外，细菌的渗透、分泌和排泄都要以水为媒介;②碳源，细菌主要从含碳化合物如糖类中获得碳源，以合成菌体的糖类、脂类、蛋白质、核酸等成分，同时为细菌提供能量;③氮源，从分子态氮到复杂的含氮化合物都可被不同的细菌利用，但多数病原菌是利用有机氮化物如氨基酸、蛋白胨作为氮源，主要用于合成菌体的蛋白质、酶、核酸等;④无机盐，细菌需要钾、钠、钙、镁、硫、磷、铁、锰、锌、钴、铜、钼等，其作用是构成菌体成分，调节菌体内外渗透压和酸碱平衡，以及维持酶的活性等;⑤生长因子，为某些细菌生长所必需而又不能自身合成的有机化合物，主要是B族维生素、某些氨基酸、脂类、嘌呤、嘧啶等。有些细菌还需特殊的生长因子，如X因子(高铁血红素)和V因子(辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ)等，这些因子均存在于血液中。

(2)营养类型　根据细菌对营养物质需要的不同。将细菌分为两大营养类型。

自养菌:该类菌以无机的碳化物、氮化物作为碳源、氮源，合成菌体成分并获得能量。其能量来自无机化合物氧化的称为化能自养菌，通过光合作用而获得的称为光能自养菌。

异养菌:该类菌必须以多种有机物如糖类、蛋白质等作为碳源和氮源，合成菌体成分并获得能量。异养菌包括腐生菌和寄生菌两类。腐生菌以动物尸体、腐败食物为营养物;寄生菌寄生于活体内，从宿主体内的有机物获得营养。所有的致病菌都是异养菌，多数属于寄生菌。

2．细菌的生长繁殖

(1)生长繁殖的条件　营养物质、能量和适宜的环境是细菌生长繁殖的必备条件。

营养物质:充足的营养物质可以为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必要的原料和充足的能量。

合适的酸碱度:大多数病原菌最适pH为7．2～7．6，个别细菌如霍乱孤菌在pH8．4～9．2时生长最好，结核分枝杆菌生长的最适pH为6．5～6．8。

适宜的温度　细菌生长的最适宜温度随细菌的种类而不同。大多数病原菌生长的最适宜温度为37℃。故实验室一般采用37℃培养细菌。

一定的气体环境:与细菌生长有关的气体有O2和CO2。大部分细菌需要O2来氧化营养物质，产生能量，供生长繁殖之用。细菌根据其对O2的需求不同可分成四类:①专性需氧菌，必须在有氧环境下才能生长的细菌，如结核分枝杆菌等;②微需氧菌，在低氧环境下(5%～6%)生长最好，氧浓度＞10%对其有抑制作用，如空肠弯曲菌、幽门螺杆菌;③兼性厌氧菌，在有氧或无氧环境下都能生长的细菌，大多数病原菌属于此类;④专性厌氧菌，必须在无氧环境下才能生长的细菌，如破伤风梭菌、脆弱类杆菌。

(2)生长繁殖的规律

细菌个体的生长繁殖:细菌以简单的二分裂方式进行无性繁殖。在条件适宜的情况下，多数细菌繁殖速度很快，分裂一次仅为20～30 min。个别细菌较慢，如结核分枝杆菌约18～20 h分裂一次。

细菌群体的生长繁殖:细菌繁殖速度较快，一个细菌若按20 min分裂一次的速度计算，10 h后细菌数可超过10亿。但实际上，由于营养物质的逐渐耗竭，有害代谢产物的逐渐积累，细菌不可能始终保持高速度的无限繁殖，经过一段时间后，细菌繁殖速度渐减，死亡菌数渐增、活菌增长率随之下降并趋于停滞。将一定量的细菌接种于合适的培养基中，在适宜的条件下培养时，细菌的生长过程具有规律性。以活菌数的对数为纵坐标，生长时间为横坐标，可绘制出一条生长曲线(图2－12)。根据生长曲线，细菌的群体生长繁殖可分为四期:①迟缓期，是细菌被接种于培养基后最初的一段时间，一般为1～4 h。该期细菌体积增大，代谢活跃，但分裂迟缓，繁殖极少，是细菌适应新环境的阶段;②对数期，是细菌分裂繁殖最快的时期，活菌数以稳定的几何级数增长，生长曲线图上细菌数的对数呈直线上升。该期的细菌形态、染色性及生理活动均较典型。研究细菌的生物学性状时应选用该期的细菌;③稳定期，由于培养基中营养物质消耗、有害代谢产物积聚，该期细菌繁殖速度减慢，死亡菌数上升，细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。这个时期细菌的形态和生理活动可出现种种变异;④衰退期，死菌数超过活菌数。该期细菌形态显著改变，菌体变长、肿胀或扭曲，有的菌体可自溶。因此，陈旧培养的细菌难以鉴定。

图2－12　细菌的生长曲线

细菌的生长曲线只有在体外人工培养的条件下才能观察到。细菌在自然界或人类、动物体内生长繁殖时，受多种环境因素和机体免疫因素的影响和制约，情况复杂，不可能出现在培养基中的那种典型的生长曲线。但细菌的生长规律却是普遍存在的，掌握细菌的生长规律，可以有目的的研究病原菌的生长，发现和培养对人类有益的细菌。例如，在培养过程中，不断地更新培养液和对需氧菌进行通气，使细菌长时间处于生长旺盛的对数期，这种培养称为连续培养。

3．细菌的代谢产物　细菌在生长繁殖过程中，除合成菌体自身各成分和酶类外，还能产生一些特殊产物。在医学上具有重要意义的产物如下。

(1)与细菌致病性有关的代谢产物

1)热原质　或称致热原，是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质。产生热原质的细菌大多是革兰阴性菌，热原质为其细胞壁中的脂多糖。热原质耐高温，高压蒸汽灭菌(121℃，20 min)不被破坏，一般用吸附剂吸附或250℃干烤才能去除或破坏热原质。因此，在生产生物制品或注射用制剂时应严格遵守无菌操作，防止细菌污染。

2)毒素　毒素是病原菌在代谢过程中合成的对机体有毒害作用的物质，包括内毒素和外毒素。内毒素只有在菌体死亡或裂解后才被释放出来，它是革兰阴性菌细胞壁的脂多糖。外毒素是由革兰阳性菌及少数革兰阴性菌在生长代谢过程中释放至菌体外的蛋白质。

3)侵袭性酶　某些细菌合成的可破坏机体组织，利于细菌侵袭和扩散的胞外酶。它是细菌重要的致病物质，如链球菌的透明质酸酶，产气荚膜梭菌的卵磷脂酶等。

(2)与治疗有关的代谢产物

抗生素　是由某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些微生物或肿瘤细胞的物质。抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌产生的少，只有多黏菌素、杆菌肽等。抗生素已广泛用于细菌感染性疾病的治疗。

维生素　细菌能合成某些维生素，除供自身需要外，还能分泌至周围环境中。例如人体肠道内的大肠埃希菌，能合成维生素B族和维生素K，可被人体吸收利用。

(3)与鉴别细菌有关的代谢产物

1)色素　某些细菌在营养丰富、氧气充足、温度适宜时，能产生不同颜色的色素。细菌的色素有两类:①水溶性色素，能弥散至培养基周围的环境中，如铜绿假单胞菌产生的色素使培养基或感染的脓汁呈绿色;②脂溶性色素，不溶于水，只存在于菌体，使菌落显色而培养基颜色不变，如金黄色葡萄球菌产生的金黄色色素。因此，辨认色素有助于鉴别细菌。

2)细菌素　细菌素是某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，只对有近缘关系的细菌有杀伤作用。其种类很多，常以产生的菌种命名，如大肠埃希菌产生的细菌素称大肠菌素。由于细菌素有种和型的特异性，可用于某些细菌分型和流行病学调查。

3)糖的分解产物　不同的细菌具有不同酶类，因此其分解糖类的能力及产生的代谢产物也不同，借此可鉴别细菌。如大肠埃希菌具有乳糖分解酶，分解乳糖产酸产气，而伤寒沙门菌不分解乳糖，分解葡萄糖产酸不产气。

4)蛋白质的分解产物　细菌分泌蛋白水解酶将大分子蛋白质分解为二肽或氨基酸后，才能被细菌吸收进入胞内，再进行氨基酸的分解代谢。不同细菌分解蛋白质和氨基酸的能力不同。如大肠埃希菌含有色氨酸酶，能分解色氨酸产生靛基质，加入对二甲基氨基苯甲醛试剂后形成玫瑰红色(为靛基质试验阳性);而产气杆菌无色氨酸酶为靛基质试验阴性。变性杆菌能分解培养基中的含硫氨基酸产生硫化氢，硫化氢与培养基中的醋酸铅作用形成黑色的硫化铅(为硫化氢试验阳性);痢疾志贺菌不能分解含硫氨基酸(硫化氢试验则为阴性)。

(五)细菌的人工培养

根据细菌生长繁殖的条件与规律，可在体外进行人工培养，以研究各种细菌的生物学性状、制备生物制品及协助诊断和治疗感染性疾病。

1．培养方法　根据不同标本及不同的培养目的，可选用不同的接种(将微生物引种在培养基上，称为接种)和培养方法。常用的有分离培养和纯培养两种方法。将已接种标本或细菌的培养基置于合适的气体环境，需氧菌和兼性厌氧菌置于空气中即可，专性厌氧菌须在无游离氧的环境中培养。病原菌的人工培养一般采用35～37℃，培养时间多数为18～24 h，但有时须根据菌种及培养目的作最佳选择，如细菌的药物敏感试验则应选用对数期的培养物。

2．培养基　是指人工配制的适合细菌生长繁殖的营养基质。适宜的培养基可使微生物迅速生长繁殖，提高对病原菌的分离与鉴定，以利临床诊断与治疗。培养基制成后必须经灭菌处理。

(1)培养基按物理性状不同，可分为三大类

1)液体培养基　用于增菌培养和观察细菌生长情况，必须接种纯种细菌。如营养肉汤、蛋白胨水等。

2)半固体培养基　在液体培养基中加入0．3%～0．5%琼脂，即成半固体培养基。多用于观察细菌的动力、保存菌种等。

3)固体培养基　在液体培养基中加入1．5～2．0%琼脂，凝固成固体培养基。一般制成平板，常用于细菌的分离纯化、鉴定以及药敏试验等;也可做成斜面用于短期保存菌种。

(2)培养基按其用途可分以下几类

1)基础培养基　含有细菌生长繁殖所需要的最基本营养成分，如普通肉汤、普通琼脂平板、蛋白胨水等。广泛用于细菌的增菌、检验，也是制备其他培养基的基础成分。

2)营养培养基　在基础培养基中加入血液、血清等，可供营养要求高的细菌生长，如血液琼脂培养基、血清肉汤等。

3)鉴别培养基　利用各种细菌分解糖类和蛋白质的能力及其代谢产物不同，在培养基中加入特定的作用底物和指示剂，一般不加抑菌剂，观察细菌在其中生长后对底物的作用，从而鉴别细菌。如糖发酵管、三糖铁培养基、伊红－美蓝琼脂等。

4)选择培养基　在培养基中加入抑制剂，使特定的细菌在其中生长繁殖，而其他的细菌则受到抑制，从而可将目的菌从混合菌中分离出来。如培养肠道致病菌的SS培养基，其中的胆盐能抑制革兰阳性菌，枸橼酸钠和煌绿能抑制大肠埃希菌，因而使致病的志贺菌、沙门菌容易分离。

5)厌氧培养基　专供厌氧菌分离、培养和鉴别用的培养基，除含营养成分外，还加入还原剂以降低培养基的氧化还原电势，并加入美蓝作为氧化还原指示剂。如庖肉培养基、硫乙醇酸钠培养基等，并在液体培养基表面加入凡士林或液体石蜡以隔绝空气。

3．细菌在培养基中的生长现象　将细菌接种在培养基中，经37℃培养箱中培养18～24 h后，即可看到各种生长现象。

(1)在固体培养基中的生长现象:将标本或培养物划线接种在固体培养基的表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开，称为分离培养。一般经过18～24 h培养后，单个细菌分裂繁殖形成一堆肉眼可见的细菌集团，称为菌落(colony)。当进行样品活菌计数时，以在平板培养基上形成的菌落数来间接确定其活菌数，以菌落形成单位(CFU)来表示。挑取一个菌落，移种到另一培养基中，生长出来的细菌均为纯种，称为纯培养。这是从临床标本中检查鉴定细菌很重要的一步。

各种细菌在固体培养基上形成的菌落，在大小、形状、颜色、气味、透明度、表面光滑或粗糙、湿润或干燥、边缘整齐与否，以及在血琼脂平板上的溶血情况等均有不同表现，这些有助于识别和鉴定细菌。根据细菌菌落表面特征不同。可将菌落分为三型。

光滑型菌落(smooth colony，S型菌落)菌落表面光滑、湿润、边缘整齐，新分离的细菌大多呈光滑型菌落。

粗糙型菌落(rough colony，R型菌落)表面粗糙、干燥、呈皱纹或颗粒状，边缘不齐。R型菌落多为S型细菌变异失去菌体表面多糖或蛋白质形成，故R型细菌抗原不完整，毒力和抗吞噬能力都比S型细菌弱。也有少数细菌新分离的就是R型，并且越粗糙，毒力越强，如结核分枝杆菌等。

黏液型菌落(mucoid colony，M型菌落):菌落黏稠、有光泽、水珠样。多见于有厚荚膜或富含黏液层的细菌，如肺炎克雷伯菌等。

(2)在液体培养基中的生长现象　细菌在液体培养基中生长繁殖后，由于细菌种类不同，可出现三种现象:①混浊生长，大多数细菌生长后呈均匀混浊状态，如葡萄球菌;②沉淀生长，少数呈链状生长的细菌在液体培养基底部形成沉淀，培养液较清，如链球菌;③菌膜生长，枯草芽胞杆菌、结核分枝杆菌等专性需氧菌呈表面生长，常形成菌膜。

(3)在半固体培养基中的生长现象　半固体培养基用于观察细菌的动力。有鞭毛的细菌除了在穿刺接种的穿刺线上生长外，在穿刺线的两侧均可见云雾状或羽毛状或混浊生长;无鞭毛的细菌只能沿着穿刺线呈线状生长。

4．人工培养细菌的实际应用

(1)感染性疾病的病原学诊断　从患者的病灶中分离培养病原体不仅是诊断感染性疾病最可靠的依据，而且通过药敏试验又为疾病的治疗提供了可参考的方案。

(2)细菌学研究　有关细菌生理、遗传变异、致病性和耐药性等研究都离不开细菌的培养和菌种的保存等。

(3)生物制品的制备　供防治用的疫苗、类毒素、抗毒素、免疫血清及供诊断用的菌液、抗血清等均来自培养的细菌或其代谢产物。

(4)在基因工程中的应用　由于细菌繁殖快，容易培养，故常用细菌作为基因受体细胞。如将人或动物细胞中编码胰岛素的基因重组到质粒上，再导入大肠埃希菌，就能从大肠埃希菌的培养液中获得大量的基因工程胰岛素。基因工程制造干扰素、乙型肝炎疫苗等都已成功。

(六)细菌的分类与命名

细菌的分类是以特征相似性(形态学特征、生理生化学特征、生态学特征、抗原特征、遗传学特征、化学组成特征等)或以系统发育相关性为基础，对细菌进行分群归类，按一定的原则将它们排列成系统，并对分类单元或分类群进行描述。细菌的命名是根据细菌命名法规，给细菌一个反映其所属位置的名称。

1．细菌的分类　细菌的分类等级与其他生物一样，依次为界、门、纲、目、科、属、种。临床细菌检验常用的分类单位是科、属、种。种是细菌分类的基本单位。形态学和生理学性状相同的细菌群体构成一个菌种;性状相近、关系密切的若干菌种组成属;相近的属归为科，依次类推。同一菌种的各个细菌，虽然性状基本相同，但在某些方面可能存在一些差异，把差异较明显的称亚种和变种，差异微小的为型。例如根据抗原结构不同而分血清型，对噬菌体和细菌素的敏感性不同而分噬菌体型和细菌素型，根据生化反应和其他某些生物学性状不同而分生物型等。同一菌种不同来源的细菌称该菌的不同菌株，它们的性状可以完全相同，也可以有微小差异。具有该种细菌典型特征的菌株称为该菌的标准株，在细菌的分类、鉴定和命名时都以标准菌株为依据，也可作为质量控制的标准。

2．细菌的命名　细菌的命名采用国际上通用的林奈(Linnaeus)双命名法。双名是指属名和种名两部分，由此构成细菌的学名。每个菌名由两个拉丁字组成，前一字为属名，用名词，首字母大写;后一字为种名，用形容词，首字母小写。印刷时用斜体字。中文译名则是以种名放在前面，属名放在后面。例如:Mycobacterium tuberculosis(结核分枝杆菌)，Salmonella typhi(伤寒沙门菌)等。属名亦可不将全文写出，只用第一个大写字母代表，如M．tuberculosis，S．typhi等。

二、病毒的生物学性状

病毒(virus)是一类体积极小、结构简单、仅有一种核酸(RNA或DNA)，必须在活的易感细胞内以复制方式进行增殖的非细胞型微生物。病毒在自然界分布广泛，与人类关系密切，在微生物引起的疾病中，病毒性疾病约占75%，且传染性强，治疗困难，对人类健康及生命造成极大危害。常见的病毒性疾病有流行性感冒、乙型肝炎、麻疹、艾滋病、乙型脑炎、狂犬病等，还有近年来在世界出现的禽流感、SARS、手足口病等，并且已证实某些病毒与动物及人类的肿瘤有关。因此，病毒已成为多学科关注的热点。

(一)病毒的大小与形态

1．大小　完整的成熟病毒颗粒称为病毒体(virion)，病毒的大小是指病毒体的大小。病毒比细菌小的多，只有在电子显微镜下放大几十万倍才能看到(图2－13)。用于测量病毒大小的单位为纳米(nm)。各种病毒体大小差别悬殊，最大的约为300 nm，如痘病毒;最小的约为30 nm，如脊髓灰质炎病毒;大多数病毒体都在100 nm左右，如流行性感冒病毒。

图2－13　病毒与其他微生物大小的比较

球菌1 000 nm　　　　2．立克次体450 nm　　　　　　　　
体390 nm　　　　　　4．牛痘苗病毒300 nm×230 nm　　　
毒70nm　　　　　　　6．流感病毒100nm　　　　　　　　　
灰质炎病毒30nm　　　8．流行性乙型脑炎病毒40 nm　　　　
埃希菌噬菌体65 nm×95 nm(头部)，12 nm×100 nm(尾部)　

2．形态　病毒的形态多样。绝大多数动物病毒呈球形或近似球形，植物病毒多呈杆状或丝状;此外，有的呈子弹形(狂犬病毒)或砖块形(痘病毒);噬菌体则多呈蝌蚪形。有些病毒的形态比较固定，但某些病毒的形态具有多形性，如黏病毒。

(二)病毒的结构和化学组成

病毒无细胞结构。所有的病毒都有核心(core)和衣壳(capsid)，称核衣壳，为病毒的基本结构。有的病毒其核衣壳就是病毒体，称为裸露病毒体。有些病毒在核衣壳外还包绕了一层包膜，称为包膜病毒体(图2－14，图2－15)。

图2－14　病毒的形态与结构模式图

①痘病毒　②小RNA病毒　③披膜病毒　④弹状病毒　⑤烟草花叶病病毒　⑥噬菌体　⑦副黏病毒　⑧腺病毒　⑨正黏病毒

图2－15　病毒的结构

1．核心　位于病毒体的中心，其主要成分是核酸(DNA或RNA)，构成病毒的基因组(genome)。主要功能有:①病毒复制，病毒进入活细胞内，可释放出核酸，自行复制出子代核酸;②决定病毒的生物学特性，病毒核酸携带病毒的全部遗传信息，复制出的子代保存了亲代病毒的特性;③具有感染性，有的病毒核酸在除去衣壳蛋白，进入易感宿主细胞后可引起机体的感染，其感染性较其病毒体低，但其感染的宿主范围较广。

2．衣壳　是包绕在核心之外的一层蛋白质，由一定数量的壳粒(蛋白质亚单位)聚合而成，不同病毒体的衣壳所含的壳粒数和排列方式不同，主要有:①螺旋对称型，壳粒沿着螺旋形的病毒核酸链呈对称排列，如狂犬病病毒;②二十面体对称型或立体对称型，核酸浓集成球形或近似球形，外周的壳粒排列成二十面体对称型。二十面体的每个面都是由许多壳粒镶嵌组成的等边三角形，大多数病毒体三角形面由六个壳粒组成，称为六邻体，在三角形顶角可由五个壳粒组成，称为五邻体。如脊髓灰质炎病毒、流行性乙型脑炎病毒、腺病毒;③复合对称型:既有螺旋对称又有立体对称的病毒，如噬菌体的头部是二十面体对称结构，尾部是螺旋对称结构。因此，根据病毒壳粒排列方式不同可作为病毒鉴别和分类的依据。

衣壳的主要生物学作用:①保护病毒核酸，可使核酸免遭环境中核酸酶和其他理化因素的破坏;②参与病毒感染，衣壳表面带有与易感细胞上病毒受体特异结合的配体，利于病毒与易感细胞吸附，同时可介导病毒穿入细胞内;③具有免疫原性，可诱发机体产生特异性免疫，既有抗病毒的免疫防御作用，又可引起病理性免疫，参与病毒的致病。

3．包膜　有些病毒在成熟的过程中穿过宿主细胞，以出芽方式向宿主细胞外释放时获得的宿主细胞膜或核膜成分，其化学成分主要是脂类和少量糖类，包围在核衣壳外，称为包膜。相当于细菌的特殊结构。有些包膜表面有不同形状的钉状突起，称为包膜子粒或刺突，如流感病毒和人类免疫缺陷病毒等的刺突。有包膜的病毒体称为包膜病毒，无胞膜病毒体称为裸露病毒。

包膜的主要功能有:①保护病毒，包膜中脂类的主要成分是磷脂、胆固醇及中性脂肪，它们能加固病毒体的结构;②介导病毒体吸附、穿入易感细胞，病毒体包膜与细胞膜脂类成分同源，彼此易于亲和及融合;③具有免疫原性，病毒包膜中含有的糖蛋白或脂蛋白均具有抗原性;④包膜脂蛋白可引起机体发热等中毒症状。

(三)病毒的增殖

病毒属于非细胞型微生物，缺乏完整的酶系统和细胞器，不能独立地进行代谢，必须在易感的活细胞内以复制的方式增殖。病毒进入易感细胞后，细胞的代谢系统会按照病毒核酸的指令，以病毒核酸为模板，在核酸多聚酶等因素的作用下，使易感细胞停止合成细胞的蛋白质与核酸，转为复制子代病毒核酸，并以病毒核酸为模板转录mRNA，利用细胞核蛋白体翻译子代病毒蛋白，再装配成子代病毒释放到细胞外。

1．病毒增殖周期　从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制，到转录、翻译出相应的蛋白，最后释放出子代病毒的过程称为一个复制周期。主要包括吸附与穿入、脱壳、生物合成、组装与释放四个步骤(图2－16)。病毒完成一个增殖周期约需10 h。

图2－16　病毒复制周期示意图

(1)吸附与穿入　病毒感染易感细胞的第一步是吸附，即病毒体依靠其表面结构与易感细胞膜上特定的病毒受体结合黏附在细胞膜的表面。不同病毒的受体不同，有各自不同的易感细胞。如流感病毒只有通过其包膜上的血凝素与人呼吸道黏膜柱状纤毛上皮细胞膜上的黏蛋白受体结合，才能感染细胞。吸附过程可在数分钟到几十分钟内完成。

病毒吸附于宿主易感细胞膜上，主要通过以下三种方式穿入:①融合，有包膜的病毒多数通过包膜与易感细胞膜融合后进入细胞，然后将核衣壳释放入细胞质内;②胞饮，无包膜病毒一般经细胞膜运动吞入，即细胞内吞或胞饮;③直接穿入(转位)，少数无包膜病毒体的蛋白衣壳多肽成分和结构发生改变，由细胞表面酶类协助病毒脱壳，使病毒核酸直接进入宿主细胞内，如噬菌体。

(2)脱壳　病毒进入易感细胞脱去蛋白质衣壳的过程称为脱壳。多数病毒穿入细胞后，在细胞溶酶体酶的作用下，脱去衣壳蛋白释放病毒核酸;有的病毒在吸附穿入易感细胞的过程中，衣壳已受损，核酸即可释放至胞浆。少数病毒并不完全脱壳，只是脱去外层衣壳，以整个核心进行核酸转录和复制。

(3)生物合成　是指病毒基因组进入宿主细胞后，指令宿主细胞按照病毒基因分别进行病毒的核酸复制和蛋白质合成的过程。此期易感细胞内由于没有完整的病毒颗粒可检测出，所以也称为“隐蔽期”。病毒的生物合成基本按以下步骤进行:转录mRNA→翻译早期蛋白(非结构蛋白)→复制核酸→合成晚期蛋白(结构蛋白)。病毒的核酸类型不同，其生物合成方式各异。

1)DNA病毒的合成　感染人和动物的DNA病毒多为双股，双股DNA病毒的复制为半保留复制方式。病毒以自身核酸为模板，利用宿主细胞核内依赖DNA的DNA多聚酶，转录出早期mRNA，然后在宿主细胞的核糖体内合成出早期蛋白，并复制出许多子代病毒核酸，又以子代病毒核酸为模板，转录出晚期mRNA，再合成晚期蛋白。

2)RNA病毒的合成　感染人和动物的RNA病毒多为单股RNA(ssRNA)，分为单股正链RNA病毒与单股负链RNA病毒。单股正链RNA病毒的核酸本身具有mRNA的功能，主要是依赖RNA的RNA多聚酶，转译出早期蛋白，再以病毒RNA为模板，依赖早期蛋白复制出子代病毒核酸;单股负链RNA病毒没有mRNA功能，但含有RNA聚合酶，利用这些酶先复制出互补的正链RNA作为mRNA，再转译出早期蛋白，然后复制子代病毒核酸。

3)反转录病毒的合成　反转录病毒基因组很独特，其RNA以单链RNA形式存在，但含有两个相同的正链RNA分子，称单正链RNA二聚体。病毒体以具有反转录酶为特征(依赖RNA的DNA多聚酶)。复制时先以病毒亲代RNA为模板，经反转录合成互补的负链DNA后，形成RNA:DNA杂交中间体，再RNA酶水解去除中间体的RNA，负单链DNA进入细胞核，经细胞DNA聚合酶的作用，以DNA链为模板合成互补的另一条DNA链，成为双链DNA。这一双链DNA分子可整合到细胞的染色体DNA上，成为前病毒(provirus)，并可随宿主细胞的分裂而存在于子代细胞内。前病毒还可在核内经细胞内DNA依赖的RNA聚合酶转录出病毒的mRNA与子代病毒的RNA，病毒的mRNA可在胞质核糖体上翻译出子代病毒蛋白质，参与子代病毒的组装。人类T淋巴细胞白血病病毒及人类免疫缺陷病毒均属于此病毒。

(4)组装与释放　在宿主细胞核内或细胞质内将子代病毒核酸和晚期蛋白质组合成新的病毒颗粒的过程称为组装。病毒种类不同，在宿主易感细胞内组装的部位也不同。大多数DNA病毒(痘病毒除外)在细胞核内组装，绝大多数RNA病毒和痘病毒则在细胞质内组装。无包膜病毒装配成的核衣壳即为成熟的病毒体;有包膜病毒装配成核衣壳后以出芽方式释放时再包上核膜或胞质膜后成为成熟病毒，即具有感染性的病毒。

释放是指装配的成熟病毒向细胞外释出的过程。释放的方式有两种:①破胞释放，无包膜病毒在宿主细胞内复制增殖可产生大量的子代病毒，导致细胞破裂而将病毒体全部释放至胞外，如腺病毒和脊髓灰质炎病毒;②出芽释放，有包膜病毒多通过芽生方式，从细胞膜系统获得包膜而释放，宿主细胞一般不会立即死亡，如流行性感冒病毒。

有些病毒的子代病毒很少释放到细胞外，而是通过细胞融合在细胞之间传播，如巨细胞病毒;还有些与肿瘤相关的病毒，其基因组通过整合方式随细胞分裂而出现在子代细胞中。

2．病毒的异常增殖　病毒在宿主易感细胞内复制时，并非所有的病毒成分都能组装为成熟的病毒，常会出现某种增殖异常现象。

(1)缺陷病毒　因病毒本身基因组不完整或基因位点发生改变，导致病毒蛋白合成失调，不能复制出完整的成熟病毒，这种病毒称为缺陷病毒。但当缺陷病毒与另一种病毒共同培养时，若后者能弥补缺陷病毒的不足，使之完成正常增殖，则该病毒被称为缺陷病毒的辅助病毒。如腺病毒伴随病毒是一种缺陷病毒，只有和腺病毒共同感染细胞时才能完成复制周期，腺病毒即为它的辅助病毒;丁型肝炎病毒(HDV)只有与乙型肝炎病毒(HBV)共存时才能完成复制，此时的HBV是HDV的辅助病毒。缺陷病毒虽不能复制，但却具有干扰同种成熟病毒体进入细胞的作用，所以又称之为缺陷干扰颗粒(defective interfering particles，DIP)。如麻疹病毒、滤疱性口炎病毒等都有DIP。

(2)顿挫感染(abortive infection)病毒进入宿主细胞后，由于细胞的条件不合适，病毒在其中不能合成本身的成分，或者虽合成部分或全部病毒成分，但不能组装和释放，此种感染过程称为顿挫感染，或称流产感染。构成顿挫感染的细胞称为非容许性细胞，能支持病毒完成正常增殖的细胞则称为容许性细胞。但某种病毒在一种细胞内是顿挫感染，而在另一种细胞内则可能是增殖性感染，如人腺病毒感染人胚肾细胞能正常增殖，但是感染猴肾细胞则发生顿挫感染。

3．干扰现象　两种病毒同时或先后感染同一种细胞或机体时，发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象称干扰现象。该现象在异种病毒、同种异株病毒、同种异型病毒之间均可发生。干扰现象不仅在活病毒之间发生，而且灭活病毒也能干扰活病毒。干扰机理还不完全清楚，原因可能是:①诱导干扰素生成，某一种病毒诱导宿主细胞产生了抑制病毒复制的干扰素，可抑制病毒的生物合成;②竞争干扰，易感细胞的表面受体与第一种病毒结合后，阻断或干扰了其他病毒的吸附，或两种病毒竞争同一底物或同一复制部位等;③缺陷病毒引起干扰，缺陷病毒与完整病毒共同感染细胞时，可干扰完整病毒的复制。

病毒的干扰现象可以阻止病毒感染，也可终止或中断发病，使机体康复。使用减毒疫苗能阻止毒力较强的病毒感染，因此，干扰现象是机体非特异性免疫的重要组成部分。但在预防接种时应避免同时使用有干扰的两种或几种病毒疫苗，以防由于干扰导致免疫效果降低。

(四)理化因素对病毒的影响

病毒受理化因素作用后失去感染性，称为灭活(inactivation)。灭活病毒丧失感染性，但仍能保留其他生物学特性，如抗原性、吸附红细胞等。研究并掌握病毒对理化因素的抵抗力，对指导实施消毒以及病毒疫苗的制备和临床实践均有重要意义。

1．物理因素

(1)温度　大多数病毒耐冷不耐热。在干冰温度(－70℃)和液氮温度(－196℃)条件下，病毒感染性可保持数月或数年。室温下存活时间不长，加热56℃、30 min或100℃几秒钟即被灭活。但有些病毒(如乙型肝炎病毒)较耐热，加热60℃、4 h尚能耐受，100℃、10 min以上才被灭活。有包膜的病毒比无包膜的病毒更不耐热。保存病毒需用低温，长期保存病毒种常用真空冰冻干燥法，但反复冻融也可使病毒失活。

(2)pH大多数病毒在pH6．0～8．0的范围内比较稳定，在pH5．0以下或pH9．0以上迅速被灭活，但不同病毒对pH的耐受能力有所不同，如在pH3．0～5．0时肠道病毒稳定，但鼻病毒很快被灭活。病毒实验室常用酸性或碱性消毒剂消毒病毒污染的器材和用具，如用1%～3%盐酸溶液浸泡消毒等。保存病毒以中性溶液为宜，如常用50%中性甘油盐水保存含病毒的组织块。

(3)射线　病毒对射线敏感。电离辐射中的X射线和γ射线使核苷酸链发生断裂，而紫外线照射可使核苷酸链形成胸腺嘧啶二聚体，抑制病毒核酸的复制。需要注意的是，有些病毒(如脊髓灰质炎病毒)经紫外线灭活后若再用可见光照射，激活酶可去除二聚体，使已灭活的病毒复活，故不宜用紫外线来制备灭活疫苗。

2．化学因素　由于包膜病毒富含脂质，故对甲醇、乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂敏感，而无包膜病毒对脂溶剂有抗性，故借此可鉴别包膜病毒和无包膜病毒。病毒对各种氧化剂、醇类、酚类物质敏感，过氧乙酸、漂白粉、高锰酸钾、苯酚、碘酒、乙醇等消毒剂均能灭活病毒。当然病毒对消毒剂的敏感性也因病毒种类而异，醛类消毒剂虽能使病毒灭活但仍能保持抗原性，故常用甲醛作灭活剂制备灭活疫苗。大多数病毒缺乏游离水，对500 ml/ L的甘油盐水耐受性强，故常将其作为病毒性标本的保存液。抗生素对病毒无效，但可抑制送检标本中的细菌，有利于病毒的分离。研究证明，某些中草药如板蓝根、大青叶、大黄、贯仲等对病毒有抑制作用。

(五)病毒的分类

病毒的分类方法有多种。根据其寄生的宿主不同，可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒。根据病毒的传播途径、侵害部位及所致疾病分为呼吸道病毒、肠道病毒、虫媒病毒、肝炎病毒、肿瘤病毒等。1995年国际病毒分类委员会对病毒的分类作了重新修订，按照病毒核酸类型的不同，第一次把病毒分为三大组:DNA病毒、RNA病毒和DNA或RNA反转录病毒(包括DNA病毒中的嗜肝病毒科)。

近年来发现一些比一般病毒更小的传染因子，其构成、化学组成和复制过程也不同于常规病毒，被归为亚病毒(subvirus)。亚病毒包括卫星病毒、类病毒和生物学地位尚未确定的朊粒。

1．卫星病毒(satellite virus)卫星病毒多数属于植物病毒，其特点包括:基因组是由500～2 000个核苷酸构成的单链RNA分子;复制必须靠辅助病毒，常干扰辅助病毒的增殖;衣壳有的由自身编码，有的则需要靠辅助病毒的蛋白衣壳(曾被称为拟病毒);与辅助病毒基因组之间没有或很少有同源序列。

2．类病毒(viroid)均为植物病毒，仅由200～400个核苷酸组成的RNA分子，具有单链杆状的二级结构，无包膜或衣壳，病毒RNA在细胞核内复制，不需要辅助病毒参与复制。类病毒与人类疾病的关系尚不清楚。

3．朊粒(prion)结构仅由一种耐蛋白酶K的蛋白分子组成，具有传染性，简称为朊粒，曾称为朊病毒。但是它仅含一种朊粒蛋白，不少学者提出将其列入病毒范畴不适宜。近年来发现羊瘙痒病、疯牛病、人类的克雅病等与其有关。

三、真菌的生物学性状

真菌(fungus)是一种真核细胞型微生物。细胞结构比较完整，有细胞壁与典型细胞核，不分根、茎、叶，不含叶绿素。大多数为多细胞，少数为单细胞。真菌在自然界分布广泛，种类繁多，有10余万种。大多数是有利于人类生存与发展的，它们与食品业、制药业、生物遗传工程技术等领域关系极为密切，如临床常用的青霉素、头孢菌素等抗生素是青霉菌的代谢产物;酵母菌等可制成酵母片等微生态治疗剂;某些中药如灵芝、银耳、虫草是真菌的干品。只有少数真菌(约300余种)能引起人类疾病，包括致病性真菌、条件致病性真菌、产毒性真菌以及致癌的真菌。近年来真菌感染率明显上升，特别是条件致病性真菌感染更为常见，这与滥用抗生素引起菌群失调和经常应用激素及免疫抑制剂、抗癌药物等导致免疫功能低下有关，应高度重视。

(一)真菌的形态与结构

1．真菌的形态　真菌比细菌大几倍至几十倍，用普通光学显微镜放大几百倍就能清晰地观察到。按形态真菌可分为单细胞真菌和多细胞真菌两类。

(1)单细胞真菌　多呈圆形或卵圆形，直径为3～15μm，以出芽的方式繁殖，芽生孢子成熟后脱落成独立个体，如新生隐球菌、白假丝酵母菌。

(2)多细胞真菌　又称霉菌或丝状菌。由菌丝和孢子两部分组成。菌丝和孢子随真菌种类不同而异，是鉴别真菌的重要标志。

1)菌丝(hypha)呈管状，直径一般为2～10μm，其长度随生长条件而异。菌丝是孢子以出芽方式繁殖时形成的。在适宜的环境条件下由孢子长出芽管，逐渐延长成菌丝，菌丝又可长出许多分枝，并交织成团，称为菌丝体。菌丝在形态、结构及功能方面有所不同。按功能不同可分为营养菌丝、气中菌丝和生殖菌丝。能深入培养基中吸收营养物质的菌丝称为营养菌丝;能向空气中生长的菌丝称为气中菌丝;气中菌丝中可产生孢子的菌丝称为生殖菌丝。按结构不同可分为有隔菌丝和无隔菌丝。前者在菌丝内能形成横的隔膜，将菌丝分成数个细胞;后者的菌丝内无隔膜，整条菌丝仅为一个细胞，其内含有多个细胞核。大多数致病性真菌的菌丝为有隔菌丝。按形态不同可分为螺旋状、球拍状、结节状、鹿角状、破梳状和关节状菌丝等。不同真菌的菌丝形态有所不同，故借助菌丝形态有助于对真菌的鉴别(图2－17)。

图2－17　真菌的各种菌丝形态

2)孢子(spore)是真菌的繁殖器官，与细菌芽胞不同(表2－2)。孢子根据繁殖方式分为有性孢子和无性孢子两种。有性孢子是由两个细胞融合形成，无性孢子是菌丝上的细胞分化形成。病原性真菌多为无性孢子。

表2－2　真菌孢子与细菌芽胞的区别

无性孢子根据形态分为三种(图2－18):①叶状孢子(thallospore)，由菌丝体细胞直接形成。包括芽生孢子(如酵母菌、隐球菌)、厚膜孢子、关节孢子三种类型;②分生孢子(conidium)，是真菌中最常见的无性孢子，由生殖菌丝末端的细胞分裂或收缩形成，也可由菌丝侧面出芽形成。按形态分为大分生孢子和小分生孢子两种，常用于真菌的鉴定;③孢子囊孢子(sporangiospore)，在生殖菌丝末端生成膨大的孢子囊，内含许多孢子，孢子成熟则破囊而出，如曲霉菌。

图2－18　真菌的无性孢子

2．真菌的结构　真菌的细胞结构比细菌复杂，具有典型的真核细胞结构。但真菌也有一些有别于其他真核细胞的特征性结构，如含有特殊成分与结构的细胞壁，以及结构特殊的隔膜等。

(1)细胞壁外成分　部分真菌在细胞壁外有一层低电子密度的黏液，其化学成分和功能与细胞壁完全不同，如新生隐球菌的荚膜层，在电镜下可见到直径3～4 nm的微细纤维，呈放射状伸出细胞壁，由甘露醇、木糖、尿苷酸等酸性多糖组成，该成分与新生隐球菌的毒力、致病性均有密切关系。

(2)细胞壁　具有保持真菌营养物质的进入、维持真菌形态及保护真菌细胞免受外界渗透压的影响等作用。真菌细胞壁不同于细菌细胞壁，它的主要成分是多糖而不是肽聚糖，多糖可占细胞壁干重的80%～90%，另外还含有少量的蛋白质、脂类及无机盐等。

真菌细胞壁一般可分为四层结构，最外层是不定形的葡聚糖层，厚度达87 nm。第二层是糖蛋白形成的粗糙网，厚度约49 nm。第三层是蛋白质层，厚度约9 nm。最内层是几丁质微纤维层，厚度约18 nm。不同真菌细胞壁结构不完全相同，但均可用蜗牛酶消化脱壁制成真菌原生质体。

(3)隔膜　隔膜位于菌丝或细胞间，是真菌进化过程中适应陆地环境生存的进化表现。低等真菌的隔膜比较完整，但随着真菌的进化，其隔膜可出现不同大小的小孔。不同真菌其隔膜结构各异，因此隔膜可用于真菌的分类。

(4)其他　与其他真核细胞相比，真菌的细胞核呈圆形，比较小，仅1～5 nm，一个细胞或菌丝节段可含有1～2个细胞核，甚至可多达20～30个;真菌的核蛋白体沉降系数为80 S，由两个亚基组成;真菌细胞内有线粒体和内质网等多个细胞器。

(二)真菌的繁殖与培养

1．真菌的繁殖　真菌依靠其孢子及菌丝进行繁殖，繁殖方式比其他微生物复杂，可归纳为无性繁殖和有性繁殖两种:

(1)无性繁殖　无性繁殖是真菌的主要繁殖方式。主要有以下几种:①芽生繁殖，是酵母菌及酵母样真菌的主要繁殖方式，单细胞真菌出芽、芽生的孢子脱离母体即完成繁殖;②分裂繁殖，真菌以二分裂法直接形成两个子细胞，此种类型不多见，有些双相性菌在机体内以此种方式繁殖;③菌丝断裂，即真菌菌丝断裂成许多小片段，每一片段在适宜的环境条件下又发育形成新的菌丝体;④生隔繁殖，有些分生孢子，繁殖时在分生孢子梗某一段落形成一隔膜，然后原生质浓缩而形成一个新的孢子，该孢子又可独立进行繁殖。

(2)有性繁殖　是指经过两个性别不同的细胞融合而产生新个体的繁殖过程。与医学有关的真菌大多数为有性繁殖方式。

2．真菌的培养　真菌繁殖能力强，但多数病原性真菌生长缓慢，培养1～4周才形成典型菌落。真菌的营养要求不高，常用沙保弱培养基(含4%葡萄糖、1%蛋白胨、2%琼脂、0．5% NaCl)培养，最适pH4～6，最适宜温度浅部感染性真菌为22～28℃，深部感染性真菌为37℃，另外真菌生长时需要较高的湿度和氧气。真菌在各种不同培养基中虽皆能生长，但菌落及菌体形态却有很大差别。为了统一标准，鉴定时以沙保弱培养基上的形态为准。在沙保弱培养基上，真菌菌落的形态大致分三种类型:

(1)酵母型菌落　菌落类似细菌菌落，但较细菌菌落大而厚，不透明，一般为圆形，表面光滑、湿润、柔软、致密，多为乳白色，少数呈红色。较长时间培养后，菌落表面呈皱纹状，颜色变暗。多数单细胞真菌(如新生隐球菌)培养后都形成酵母样菌落。

(2)类酵母型菌落　外观性状同酵母型菌落，但显微镜下可看到假菌丝，假菌丝是有的单细胞真菌出芽繁殖后，芽管延长不与母细胞脱离而形成的，由菌落向下生长，深入培养基中，如白假丝酵母菌的菌落。

(3)丝状菌落　菌落比细菌、放线菌菌落都大，质地疏松，呈绒毛状、棉絮状、粉末状及羊毛状等，并可呈现不同的颜色，常作为鉴别真菌的依据。多细胞真菌培养后均形成丝状菌落。

(三)真菌的抵抗力

真菌对干燥、紫外线和一般消毒剂抵抗力较强，但不耐热。加热到60℃、1 h即被杀死。对1%～3%石炭酸、2．5%碘酒、0．1%升汞及10%甲醛比较敏感。用甲醛液熏蒸被真菌污染的物品，可达到消毒的目的。对常用于细菌的抗生素如青霉素、链霉素等均不敏感。抗真菌药物如灰黄霉素、制霉菌素、二性霉素B、克霉唑、酮康唑、伊曲康唑等对多种真菌有较强的抑制作用。

真菌很容易发生变异，在培养基上经多次传代或培养过久，其形态、菌落性状及各种生理性状均可发生改变，甚至毒力都可能发生改变。

(四)真菌的分类

真菌的种类繁多，有10余万种，与植物界、动物界并列成为真菌界。真菌的分类主要根据有性生殖的各种器官和无性菌丝、孢子及菌落的形态等特征，按Ainsworth分类系统，将真菌界分为黏菌门和真菌门。真菌门又根据其生物学性状分为五个亚门，其中与医学有关的有四个亚门:接合菌亚门、担子菌亚门、半知菌亚门、子囊菌亚门。

最新的真菌分类是将真菌界分为四个门，即接合菌门、担子菌门、子囊菌门和壶菌门，把原半知菌亚门中的真菌划分到前三个门中。

第二节　消毒与灭菌

消毒与灭菌是一门研究与环境微生物作斗争的科学。微生物广泛存在于自然界并不断受其环境中各种因素的影响，若条件适宜，微生物的生长繁殖极为迅速;若环境条件不适宜或变化过于剧烈，可导致微生物代谢障碍，生长受到抑制，甚至死亡。因此，了解微生物对周围环境的依赖关系，采用多种物理或化学等方法来抑制或杀灭环境中的微生物，是防止微生物感染和控制传染源的重要措施之一，也是切断传播途径的有效手段。

以下术语常用于表示物理或化学方法对微生物的杀灭程度。

消毒(disinfection):指清除和杀灭外环境中的病原微生物及其他有害因子，使其数量减少到无害化的程度。消毒并非都能杀死细菌的芽胞和非病原微生物。用以消毒的化学药物称为消毒剂。一般消毒剂在常用浓度下，只对细菌的繁殖体有效，杀灭芽胞则需要提高消毒剂的浓度及延长作用的时间。

灭菌(sterilization):用物理或化学的方法杀灭物体上一切活的微生物的方法。灭菌比消毒要求高，要求达到杀灭细菌芽胞在内的全部病原微生物和非病原微生物。但在日常生活中，消毒和灭菌这两个术语往往通用。本法适用于制剂、原料、辅料及医疗器械等物品的灭菌，如外科器械、注射器、培养基等的灭菌。

抑菌(bacteriostasis):采用化学方法抑制体内或体外细菌的生长繁殖称为抑菌。常用的抑菌剂(bacteriostatic)为各种抗生素，其可在活体内抑制细菌的繁殖，或在体外用于抑菌试验，以检测细菌对抗生素的敏感性。

防腐(antisepsis):防止或抑制体外微生物生长繁殖的方法，细菌一般不死亡。用于防腐的化学药物称为防腐剂。同一化学药品在低浓度时常为防腐剂，在高浓度时为消毒剂。

无菌(asepsis):即为不存在活的微生物。无菌操作是防止微生物进入机体或局部环境的操作技术。例如，进行外科手术需防止细菌进入创口，微生物学实验时要注意防止污染和感染。

一、物理消毒灭菌法

用于消毒灭菌的物理因素有热力、紫外线、电离辐射、超声波、过滤、干燥和低温等。

(一)热力灭菌法

高温对细菌有明显的致死作用，可以杀灭各种微生物，因此常用于消毒与灭菌。热力灭菌主要是利用高温使菌体蛋白变性或凝固，酶失去活性，而使细菌死亡。多数无芽胞细菌经55～60℃作用30～60 min后死亡。经80℃湿热5～10 min可杀死所有细菌的繁殖体和真菌。细菌芽胞对高温有很强的抵抗力，例如炭疽芽胞杆菌的芽胞，耐受湿热，120℃、10 min才能杀死，而肉毒梭菌的芽胞则需煮沸3～5 h才死亡。

热力灭菌是最可靠且普遍应用的灭菌法，包括湿热灭菌和干热灭菌法。

1．湿热灭菌法　在同样的温度下，湿热的杀菌效果比干热好，其原因有:①湿热中细菌菌体蛋白较易凝固;②湿热的穿透力比干热大;③湿热的蒸汽有潜热存在，水由气态变为液态时释放的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。湿热灭菌法在消毒与灭菌中使用最多。常用的湿热灭菌法如下。

(1)煮沸法　煮沸100℃、5 min，能杀死一般细菌的繁殖体。许多芽胞需经煮沸1～2 h才死亡。水中加入2%碳酸氢钠，可提高其沸点达105℃，既可促进芽胞的杀灭，又能防止金属器皿生锈。煮沸法可用于饮水、食具消毒和一般器械如刀剪、注射器等的消毒。

(2)流通蒸汽消毒法　又称常压蒸汽消毒法，利用100℃左右的水蒸汽进行消毒，一般采用流通蒸汽灭菌器(其原理相当于我国的蒸笼)，加热15～30 min，可杀死细菌繁殖体，但芽胞常不被全部杀灭。消毒时物品的包装不宜过大、过紧，以利于蒸汽穿透。此法目前广泛用于家庭或集体食堂、餐馆的餐具消毒等。

(3)间歇灭菌法　反复利用流通蒸汽间歇加热的方式，将复苏的芽胞分批杀死，以达到灭菌的目的。具体方法是将需灭菌物置于流通蒸汽灭菌器内，100℃加热15～30 min，杀死细菌繁殖体，但芽胞尚残存。取出后，置37℃孵箱过夜，使芽胞发育成繁殖体，次日再加热一次，如此连续3次，可将污染的细菌全部杀死，该法适用于一些不耐高热的含糖、牛奶等培养基。若有些物质不耐100℃，则可将温度降至75～80℃，每次加热时间延长至30～60 min，次数增加至3次以上，可达到灭菌目的。此法操作繁琐，已少用。

(4)巴氏消毒法　用较低温度杀灭液体中的病原菌和特定微生物．但不破坏物品中的不耐热的营养成分的消毒方法。此法由微生物学家巴斯德创用以消毒酒类而得名。方法是加温61．1～62．8℃、30 min，或72℃、15 s，今广泛采用后者，用于消毒牛奶和酒类等。

(5)高压蒸汽灭菌法　是目前使用最为普遍、效果最为可靠的一种灭菌方法。灭菌的温度取决于蒸汽的压力。在一个大气压下，蒸汽的温度是100℃。如果蒸汽被限制在密闭容器中，随着压力的升高，蒸汽的温度也相应升高，在103．4 kPa，(1．05 kg/cm2)蒸汽压力下，温度可达到121．3℃，维持15～20 min，可杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物，达到灭菌的目的。高压蒸汽灭菌器(autoclave)就是根据这一原理制成的，常用于普通培养基、生理盐水、手术敷料等耐高温、耐湿物品的灭菌，也用于污物和排泄物等的灭菌。

2．干热灭菌法　干热的杀菌作用是通过脱水干燥和大分子变性而实现的，比湿热灭菌需要更高的温度与较长的时间。一般细菌繁殖体在干燥状态下，80～100℃，经1 h即被杀死;芽胞则需经160～170℃、2 h才死亡。干热灭菌法包括有以下几种。

(1)干烤　利用干烤箱，加热160～170℃、2 h，可杀死一切微生物，包括细菌的芽胞。主要用于高温下不变质、不损坏、不蒸发的物品，如玻璃器皿、瓷器、玻璃注射器等的灭菌。

(2)烧灼　直接以火焰灭菌，其温度很高，效果可靠。适用于微生物学实验室的接种环、试管口等的灭菌，以及外科手术器械急用时的灭菌。

(3)焚烧　直接用火焰烧毁或在焚烧炉内焚烧，是一种彻底的灭菌方法。仅适用于废弃物品(如废弃的衣物、纸张、垃圾)或动物尸体等。

(4)红外线　红外线辐射是一种0．77～1 000μm波长的电磁波，有较好的热效应，尤以1～10μm波长的热效应最强。红外线由红外线灯泡产生，不需要经空气传导，所以加热速度快，但热效应只能在照射表面产生，不能使物体均匀受热。红外线的杀菌作用与干热相似，利用红外线烤箱灭菌时所需温度和时间亦同于干烤，多用于医疗器械的灭菌。人受红外线照射时间较长会感觉眼睛疲劳及头痛，长期照射会造成眼内损伤。因此，工作人员操作时应戴防红外线伤害的防护镜。

(5)微波　波长为1～300 mm的超高频电磁波统称为微波，频率较高，可穿透玻璃、塑料薄膜与陶瓷等物质，但不能穿透金属表面。微波能使介质内杂乱无章的极性分子在微波场的作用下，按波的频率往返运动，互相冲撞和摩擦而产生热，介质的温度可随之升高，因而在较低的温度下能起到消毒作用。消毒中常用的微波有2 450 mHz与915 mHz两种。微波照射多用于食品加工。在医院中可用于检验科日常用品、非金属器械、无菌病房的食品食具等的消毒。微波长期照射可引起眼睛的晶状体混浊、睾丸损伤和神经功能紊乱等全身性反应，因此必须关好门后才能开始操作。

(二)辐射杀菌法

1．日光与紫外线　日光是有效的天然杀菌法，对大多数微生物均有杀灭作用，直射杀菌效果尤佳，其主要的作用因素为紫外线，此外，热与氧气起辅助作用。但光线效应受很多因素的影响，如烟尘笼罩的空气、玻璃及有机物等都能减弱日光的杀菌力。

紫外线是一种低能量的电磁辐射，波长范围为200～300 nm，杀菌作用最强的波长为265～266 nm，这与DNA吸收光谱范围相一致。其杀菌原理是紫外线易被核蛋白吸收，使DNA的同一条螺旋体上相邻的碱基形成胸腺嘧啶二聚体，从而干扰DNA的复制与转录，导致细菌变异或死亡。紫外线的穿透能力弱，不能透过普通玻璃、纸张、尘埃等，故仅用于消毒物体表面及手术室、无菌操作实验室、传染病房和烧伤病房等的空气消毒，亦可用于不耐热物品表面消毒。由于杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼睛均有损伤作用，因此使用时应注意防护。

2．电离辐射　包括高速电子、X射线和γ射线等。足够剂量时，能穿透物品，在低温状态下杀灭微生物，故又称“冷灭菌”。其机制除与射线激发电子直接作用于微生物DNA外，尚与射线引起细胞内水解产生游离基、间接破坏DNA有关。电离辐射常用于大量一次性医用塑料制品的消毒;亦可用于食品的消毒，且不破坏其营养成分，灭菌彻底，保留时间长。电离辐射灭菌是上世纪90年代后发达国家最常用的灭菌方法。

(三)滤过除菌法

该法是用物理阻留的方法将液体或空气中的微生物除去，以达到无菌的目的，所用的器具是滤菌器。滤菌器含有微细小孔，只允许小于孔径的物体如液体和空气通过，大于孔径的细菌等颗粒物体不能通过。近年使用的微孔滤膜滤菌器孔径可小至0．2μm以下，只允许液体或气体通过。主要用于一些不耐热的血清、毒素、抗生素、药液、空气等除菌，但一般不能除去病毒、支原体和细菌L型。滤菌器的除菌性能与其材料的特性、滤孔大小、静电作用等因素有关。滤菌器的种类很多，目前常用的有薄膜滤菌器、玻璃滤菌器、石棉滤菌器(亦称Seitz滤菌器)等。对空气中细菌滤除的方法中，除传统的滤材阻留法外，还有利用静电阻留或离子体阻留等原理制作的空气消毒、除尘设备。

(四)超声波杀菌法

不被人耳所感受的高于20 kHz/s的声波，称为超声波。微生物对强度高的超声波很敏感，其中以革兰阴性菌最敏感，而葡萄球菌抵抗力较强。超声波裂解细菌的主要原理是它通过水时发生的空(腔)化作用，在液体中造成压力改变，应力薄弱区形成许多小空腔，逐渐增大，最后崩解。崩解时的压力可达1 000个大气压。虽然超声波强烈的振动可使菌群死亡，但往往有残存者。这种方法主要用以裂解细胞分离提取细胞组分或制备抗原。

(五)干燥和低温抑菌法

干燥、冰冻等作用对杀灭微生物能力有限，多在自然净化中发挥作用。

1．干燥　多数细菌的繁殖体在干燥的空气中很快死亡，例如，脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌、霍乱弧菌、梅毒螺旋体等。有些细菌抗干燥力较强，在有蛋白质等物质保护时更为明显，例如，溶血性链球菌在尘埃中存活25 d，结核分枝杆菌在干燥痰液中数月不死。芽胞抵抗力更强，例如，炭疽芽胞杆菌耐干燥20余年。干燥法常用于保存食物、浓盐或糖渍食品，可使细菌体内水分逸出，造成生理性干燥，使细菌的生命活动停止，从而可防止食物变质。

2．低温　低温状态下微生物的新陈代谢减慢，而当温度回升至适宜范围时，又能恢复生长繁殖，故低温常用作保存细菌菌种和病毒的毒种等。低温保存微生物时，温度必须迅速降低，否则可致微生物死亡。冷冻时加入甘油、血清等保护剂可使微生物存活数增多。冷冻保存的微生物在解冻时，对其亦有损伤作用。为避免解冻时对微生物的损伤，可在低温状态下真空抽去水分，此法称为冷冻真空干燥法。该法是目前保存菌种、毒种的最好方法，一般可保存微生物数年至数十年。

二、化学消毒灭菌法

化学消毒剂能影响微生物的分子组成、理化结构和生理活动，从而发挥防腐、消毒甚至灭菌的作用。消毒防腐剂的作用对人体组织细胞与病原微生物无选择性，吸收后对人体有害，只能外用或用于环境的消毒。因化学消毒剂种类多，适用性广泛，使用方便，故在消毒与灭菌中占有重要地位。

(一)化学消毒剂的种类

1．根据消毒剂杀灭微生物的能力分类

(1)高效消毒剂　这类消毒剂可杀灭所有微生物(包括细菌芽胞)，如戊二醛、甲醛、环氧乙烷、过氧乙酸等。

(2)中效消毒剂　这类消毒剂能杀灭细菌繁殖体(包括结核分枝杆菌)、大多数病毒与真菌，如乙醇、含氯消毒剂、碘伏等。

(3)低效消毒剂　这类消毒剂能杀灭细菌繁殖体和亲脂性病毒，对真菌也有一定作用，但不能杀灭细菌芽胞、结核分枝杆菌和亲水性病毒，如新洁尔灭、洗必泰(氯已定)等。

2．根据消毒剂的杀菌机制分类

(1)致菌体蛋白质变性或凝固的消毒剂　如酚类(高浓度)、醇类、重金属盐类(高浓度)、酸碱类、醛类。

(2)干扰酶系统和代谢的消毒剂　例如某些氧化剂、重金属盐类(低浓度)与细菌的－SH基结合使有关酶失去活性。

(3)损伤细菌细胞膜或病毒包膜的消毒剂　例如酚类(低浓度)、阳离子表面活性剂、脂溶剂等，能降低细菌细胞膜和病毒包膜的表面张力，增加膜通透性，胞外液体内渗，导致细菌细胞破裂和病毒裂解。

3．根据消毒剂的化学结构与性质的不同分类

(1)酚类　石炭酸、来苏儿、洗必泰等酚类化合物，低浓度时破坏细菌细胞膜，使胞质内容物漏出;高浓度时使菌体蛋白质凝固。

(2)醇类　杀菌机制在于去除细菌细胞膜中的脂类，并使菌体蛋白质变性。乙醇最常用，浓度为70%～75%时杀菌力最强，更高浓度因能使菌体表面蛋白质迅速凝固影响其继续渗入，杀菌效力反而减弱。异丙醇的杀菌作用比乙醇强，且挥发性低，但毒性较高。两者主要用于皮肤消毒和浸泡体温计等。

(3)重金属盐类　高浓度时易与带负电荷的菌体蛋白质结合，使之发生变性或沉淀，又可与细菌酶蛋白的－SH基结合，使其丧失酶活性。

(4)氧化剂　常用的有过氧化氢、过氧乙酸、高锰酸钾与卤素等。它们的杀菌作用是依靠其氧化能力，可与酶蛋白中的－SH基结合，转变为－SS－键，导致酶活性的丧失。过氧化氢在水中形成氧化能力很强的自由羟基，破坏蛋白质的分子结构。过氧乙酸为强氧化剂，易溶于水，对细菌繁殖体和芽胞、真菌、病毒等都有杀灭作用，应用广泛，但稳定性差，易分解并有刺激性与腐蚀性，不适用于金属器具等的消毒。用于消毒的卤素有碘和氯两类，碘多用于皮肤消毒，氯多用于水的消毒。氯化合物有漂白粉、次氯酸钙、次氯酸钠等。

(5)表面活性剂　又称去污剂，易溶于水，能降低液体的表面张力，使物品表面油脂乳化易于除去，故具清洁作用，并能吸附于细菌表面，改变细胞壁通透性，使菌体内的酶、辅酶、代谢中间产物逸出，发挥杀菌作用。表面活性剂有阳离子型、阴离子型和非离子型三类。因细菌带负电，故阳离子型杀菌作用较强。阴离子型如烷苯磺酸盐与十二烷基硫酸钠解离后带负电，对革兰阳性菌也有杀菌作用。非离子型对细菌无毒性，有些反而有利于细菌的生长，例如吐温80(tween 80)对结核分枝杆菌具有刺激生长及使细菌分散的作用。常用于消毒的表面活性剂有新洁尔灭、杜灭芬等。

(6)烷化剂　杀菌机制在于对细菌蛋白质和核酸的烷化作用，杀菌谱广，杀菌力强。常用的有甲醛、环氧乙烷和戊二醛等。甲醛与环氧乙烷的杀菌作用主要是取代细菌酶蛋白中氨基、羧基、巯基或羟基上的氢原子，使酶失去活性。戊二醛主要是取代氨基上的氢原子。环氧乙烷能穿透包裹物，对分枝杆菌、真菌、病毒和细菌芽胞均有较强的杀灭作用，缺点是对人体有一定毒性。

(二)消毒剂的应用

消毒剂和防腐剂一般对人体组织有害，只能外用或用于环境的消毒灭菌。消毒剂的种类很多，各类消毒剂的用途不同，应根据情况选择使用。常用消毒剂的选用参见表2－3。

表2－3　常用消毒剂的种类、使用浓度与用途

续表2－3

(三)影响消毒灭菌效果的因素

1．影响因素　化学消毒灭菌的效果主要受环境、微生物种类及消毒剂本身等多种因素的影响。绝大多数消毒剂浓度越高，越易杀死微生物;作用时间越长，杀灭微生物的机率也越大。浓度与作用时间是有关联的，浓度降低可用延长时间补偿，但当浓度降低到一定限度后，即使再延长作用时间，也无杀菌作用。

(1)消毒剂的性质、浓度与作用时间　各种消毒剂的理化性质不同，对微生物的作用大小也有差异。例如，表面活性剂对革兰阳性菌的灭菌效果比对革兰阴性菌好，龙胆紫对葡萄球菌的效果特别强。同一种消毒剂的浓度不同，其消毒效果也不一样。绝大多数消毒剂在高浓度时起杀菌作用，低浓度时则只有抑菌作用，但醇类除外，70%～75%乙醇或50%～80%异丙醇的消毒效果最好。在一定浓度下，消毒剂对某种细菌的作用时间越长，其效果也越强。

(2)微生物的种类和数量　消毒剂的应用只有在规定剂量下才能达到预期效果，同一消毒剂对不同微生物的杀菌效果不同，例如一般消毒剂对结核分枝杆菌的作用要比对其他细菌繁殖体的作用差;70%～75%乙醇可杀死一般细菌繁殖体，但不能杀灭细菌的芽胞。因此必须根据消毒对象选择合适的消毒剂。此外，微生物的数量越大，消毒所需的时间就越长。消毒严重污染的物品时，必须增加消毒剂浓度和延长消毒时间。

(3)环境中有机物　当细菌和有机物特别是蛋白质混在一起时，某些消毒剂的杀菌效果会受到明显影响。因为有机物阻碍消毒剂与微生物的接触，也可中和或吸收一部分消毒剂，而降低消毒剂杀菌功效。病原菌常随同排泄物、分泌物一起存在，这些物质对消毒灭菌的效果有影响。因此，在消毒皮肤及器械前应先清洁再消毒。

(4)温度、湿度、酸碱度　温度升高可提高消毒效果。例如2%戊二醛在20℃杀灭炭疽芽胞杆菌的芽胞需15 min，40℃时杀灭炭疽芽胞杆菌的芽胞需2 min，56℃时仅1 min即可。各种气体消毒剂都有其适宜的相对湿度范围。过高或过低都会降低杀菌效果。

消毒剂的杀菌作用受酸碱度的影响。例如戊二醛本身呈中性，其水溶液呈弱酸性．不具有杀芽胞的作用，只有在加入碳酸氢钠(呈碱性环境)后才发挥杀菌作用。次氯酸盐类在酸性条件下杀菌效果好。而新洁尔灭的杀菌作用是pH愈低所需浓度愈高，如在pH3时所需的杀菌浓度较pH9时要高10倍左右。

(5)化学拮抗物　阴离子表面活性剂可降低季胺盐类和洗必泰的消毒作用，因此，不能将新洁尔灭等消毒剂与肥皂、阴离子洗涤剂合用。次氯酸盐和过氧乙酸会被硫代硫酸钠中和。金属离子的存在对消毒效果也有一定影响，可降低或增加消毒作用。

2．注意事项

(1)应根据待消毒物品的性状及病原微生物的特性，选择适当的消毒剂。

(2)严格掌握所用消毒剂的浓度、消毒时间与使用方法。

(3)使用新鲜配制的消毒剂，因为许多消毒剂性质不稳定，储存过程中浓度会逐渐降低，影响消毒效力。

(4)消毒剂应放置在消毒过的清洁容器内备用。

(5)待消毒物品须洗刷干净，去除油污及血、脓等有机物方可消毒。

(6)挥发性消毒液应存放在有盖容器内，并定期测量比重。

第三节　遗传与变异

遗传与变异是所有生物的共同生命特征。细菌的形态结构、致病性、耐药性、抗原性等性状都是由细菌的遗传物质决定的。遗传使细菌等微生物的性状保持相对稳定，且代代相传。在一定条件下，如果子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现差异，则称为变异。变异可使微生物产生新的变种，变种新获得的性状又可以遗传给下一代。遗传使微生物的性状保持稳定，而变异可使微生物产生变种和新种，促进了细菌的进化。

微生物的变异分为遗传性变异与非遗传性变异。遗传性变异是指微生物的基因结构发生了改变，如基因突变或基因转移与重组等，故又称为基因型变异(genotypic variation);非遗传性变异是指微生物在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，又称为表型变异(phenotypic variation)。基因型变异常发生于微生物群体中的极少数个体，其变异不受环境因素的影响，而且变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给子代。相反，表型变异易受到环境因素的影响，而且当起作用的环境因素去除后，变异的性状又可以复原，因此表型变异不能遗传。研究细菌的遗传和变异，对于临床疾病的诊断和防治以及理解基因工程基本原理有重要意义。

一、细菌的遗传与变异

(一)细菌遗传变异的物质基础

细菌的遗传物质是基因的载体，携带各种遗传信息。与细菌遗传相关的物质包括染色体和染色体外的其他遗传物质(质粒、噬菌体、转座子)。

1．细菌染色体(bacterial chromosome)细菌染色体是一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋而成的松散网状结构，外无核膜包裹，附着在横隔中介体或细胞膜上。绝大部分遗传信息由细菌染色体携带，决定细菌的基因型，如大肠埃希菌染色体的DNA长约1 000～1 300μm，约含有5 000个基因，编码2 000多种酶和其他结构蛋白。细菌染色体DNA的复制，在大肠埃希菌已证明是双向复制，即双链DNA解链后从复制起点开始，在一条模板上按顺时针方向连续复制大片段的互补链。另一条模板上按逆时针方向复制若干断续的小片段，然后再连接成长的互补链。完成复制全过程约需20 min。

2．质粒　质粒是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合双链DNA分子，经人工抽提后可变成开环状或线状。质粒有大小两类，大质粒可含几百个基因，小质粒仅含20～30个基因。质粒DNA的特征有:

(1)质粒具有自我复制的能力。一个质粒是一个复制子，在细菌菌体内可自我复制。某些质粒拷贝数只有l～2个，其复制往往与染色体的复制同步，称为紧密型质粒;某些质粒拷贝数较多，为10～60个或更多，可随时复制，与染色体的复制不相关，称为松弛型质粒。一般小质粒拷贝数高。

(2)质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征，包括致育性、耐药性、致病性和某些生化特性等，这些性状大多数对细菌是有益的。

(3)质粒可以自行丢失与消除。质粒并非细菌生命活动中不可缺少的遗传物质，可自行丢失或经人工处理而消除。利用高温、紫外线、吖啶橙、十二烷基硫酸钠、溴化乙锭等处理后，可使质粒丢失的频率提高100～100 000倍。随着质粒的丢失与消除，质粒赋予细菌的性状亦随之消失，但细菌仍旧存活。

(4)质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移。质粒的转移并不局限在同种属细菌之间，也可发生在不同种属的细菌之间。

(5)质粒的相容性与不相容性。两种或两种以上结构相似、复制调控机制密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿主菌体内的现象称为质粒的不相容性;反之，能够稳定共存于一个宿主菌体内的现象称为质粒的相容性。

与医学有关的质粒主要有:①致育质粒或称F质粒(fertility plasmid)，编码有性生殖功能。带有F质粒的细菌为雄性菌，具有性菌毛;无F质粒的细菌为雌性菌，无性菌毛;②耐药性质粒，编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。耐药性质粒又分为两类，其中可以通过细菌间的接合方式进行基因传递的称为接合性耐药质粒，又称为R质粒(resistance plasmid);另一类是不能通过接合方式进行基因传递的非接合性耐药质粒;③毒力质粒或vi质粒(virulence plasmid)，编码与病原菌致病性有关的毒力因子。致病性大肠埃希菌产生的耐热肠毒素是由ST质粒决定的，产生不耐热肠毒素是由LT质粒决定的;细菌黏附定植在肠黏膜表面是由K质粒决定的;某些金黄色葡萄球菌产生表皮剥脱性毒素引起烫伤样皮肤综合征，也是由该菌所携带的毒力质粒决定的;④细菌素质粒，编码细菌产生的细菌素，如Col质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素;⑤代谢质粒，编码产生与细菌代谢相关的酶类，沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的。此外已发现编码产生H2 S、脲酶及枸橼酸盐利用酶的质粒。质粒种类不同，功能也不同，但也有一种质粒可同时决定几种功能。

3．转位因子(transposable element)转位因子是一类可以在细菌的染色体、质粒或噬菌体之间从一个位置转移到另一个位置上的独立的DNA片段，也称为跳跃基因或移动基因。伴随着转位因子的移动，会出现插入突变、基因重排或插入位点附近基因表达的改变等。因此，转位因子在赋予细菌生物学性状改变和促进细菌进化过程中的作用不可忽视。

4．噬菌体(bacteriophage or phage)噬菌体是感染细菌、真菌等微生物的病毒，因能裂解细菌而称为噬菌体。噬菌体有严格的寄生性，需在活的易感细胞内增殖。

(1)噬菌体的生物学性状　噬菌体个体微小，需用电镜观察。噬菌体有蝌蚪形、微球形和丝形3种基本形态，但多数呈蝌蚪形。典型的蝌蚪形噬菌体由头部和尾部组成，并由尾领连接(图2－19)。头部为双辐射状的六棱柱体;尾部呈管状，由中空的尾髓和外面包裹的尾鞘组成，终止于尾板。尾板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶，尾板上附着的尾刺和尾丝是噬菌体的吸附器官，能识别宿主菌体表面的特殊受体。

图2－19　蝌蚪形噬菌体结构模式图

噬菌体的化学成分是核酸和蛋白质。核酸位于头部中心，为DNA或RNA，是噬菌体的遗传物质，多数噬菌体的核酸为双股DNA。蛋白质构成头部的衣壳及尾部，具有保护核酸、决定噬菌体外形和表面特征的作用。

噬菌体具有抗原性，能够刺激机体产生特异性抗体。该抗体能抑制相应噬菌体侵袭宿主菌，但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用。

噬菌体对理化因素与多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强，能耐受低温、冰冻、脂溶剂等，多数噬菌体经反复冻融后并不减弱其裂解细菌的能力，但对紫外线和X射线敏感。一般经紫外线照射10～15 min即失去活性。大多数噬菌体能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，在0．5%苯酚中，3～7 d不丧失活性，而在过饱和氯化钙溶液中，保持数年不失活。

(2)噬菌体与宿主菌的相互关系　根据与宿主菌的相互关系，噬菌体可分成两种类型:一种能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体;另一种是噬菌体在宿主菌体内不增殖，而是将其基因整合至宿主菌细胞的DNA上，随细菌DNA的复制而复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体。

毒性噬菌体:毒性噬菌体在宿主菌内以复制方式进行增殖，从噬菌体吸附开始至宿主菌裂解释放出子代噬菌体为止，称为噬菌体的复制周期或溶菌周期，分为以下四个阶段:①吸附，是噬菌体的吸附结构与宿主菌表面受体特异性结合的过程(图2－20);②穿入，有尾噬菌体吸附宿主菌后，借助尾部末端含有的一种类似溶菌酶的物质，在细菌细胞壁上溶一小孔，然后通过尾鞘的收缩，将头部DNA注入菌体内，蛋白质衣壳则留在菌体外。无尾噬菌体与丝形噬菌体可以脱壳的方式进入细菌细胞内;③生物合成，噬菌体DNA穿入菌体后，细菌不再复制自身DNA，而是以噬菌体的DNA为模板，复制子代噬菌体DNA，同时合成子代噬菌体的外壳蛋白;④成熟和释放，复制的DNA与合成的外壳蛋白，在宿主菌细胞内装配成完整的子代噬菌体。当子代噬菌体达到一定数目时，可使菌细胞裂解，释放出的噬菌体又可感染其他敏感菌。

图2－20　噬菌体吸附于大肠埃希菌(×20 000)

温和噬菌体:温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。这种状态为溶原状态。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体，带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌。前噬菌体偶尔可自发或在理化和生物因素的诱导下，脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细胞裂解。所以，温和噬菌体既有溶原周期又有溶菌周期，而毒性噬菌体只有溶菌周期(图2－21)。

(3)噬菌体的应用　由于噬菌体裂解细菌有种与型的特异性，故可用于细菌的鉴定与分型。这在流行病学调查，特别是在追查传染源、判定传播途径上有重要意义。

凡有细菌存在的场所都可分离出噬菌体，故若在某标本中分离出一种噬菌体，常提示该标本中有相应的细菌存在，据此可用于细菌感染的诊断。至于把噬菌体用于细菌感染等的临床治疗，由于噬菌体与细菌的种型特异性很严格，故应用价值不大。

作为微生物的病毒，噬菌体取材和培养方便，增殖迅速，基因数量少，已成为分子生物学研究的重要工具。如常用温和噬菌体作为外源性基因的载体，其基因组与外源性基因重组后，转入宿主菌细胞内，能在菌细胞内扩增外源性基因或表达外源性基因产物。

图2－21　溶原性噬菌体的溶原性周期和溶菌性周期

(二)细菌的变异现象

1．形态结构变异　细菌的形态、大小及结构受外界环境条件的影响可发生变异。如许多细菌在青霉素、免疫血清、补体和溶菌酶等因素作用下，细胞壁合成受阻出现细胞壁缺陷变成L型细菌。如鼠疫耶尔森菌的典型形态为两端钝圆、两极浓染的椭圆形小杆菌，但在含有3%～6% NaCl琼脂培养基上生长，可以出现球形、杆状、丝状、哑铃状等多种形态并存的多形性改变。细菌的荚膜、芽胞、鞭毛等特殊结构也可发生变异，有鞭毛的伤寒沙门菌变异后可失去鞭毛，称为H－O变异。炭疽芽胞杆菌在42℃培养10～20 d后，失去形成芽胞的能力，毒力也相应减弱。有荚膜的肺炎链球菌在普通培养基上培养或传代后，荚膜逐渐消失，毒力也减弱。

2．菌落变异　细菌的菌落有光滑型(S型)和粗糙型(R型)两种。一般而言，光滑型菌的致病性强，从标本中分离致病菌时，应挑选S型菌进行纯培养。菌落从S型变为R型，称S－R变异。这种变异是由于失去了LPS的特异性寡糖重复单位引起的，往往伴有其他性状的改变，如毒力、抗原性和生化反应等。

3．毒力变异　细菌的毒力变异可表现为毒力增强和减弱。如荚膜消失毒力丧失的肺炎链球菌接种到小鼠腹腔传代，可使荚膜恢复，毒力也随之增强。卡－介二氏将有毒力的牛型结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯的培养基上连续传代，经13年230代获得毒力减弱而保留其免疫原性的变异株，即卡介苗(bacillus of Calmette－Guerin，BCG)，用于人工接种以预防结核病。

4．耐药性变异　细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称耐药性变异。有的细菌表现为同时对多种抗菌药物耐药，称为多重耐药菌株。自抗生素广泛应用以来，细菌对抗菌药物的耐药性不断增长成为世界范围内关注的问题。还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如痢疾志贺菌链霉素依赖减毒株，可用于痢疾的预防。

(三)细菌变异的机制

细菌的遗传性变异是因染色体结构发生改变而致，主要是通过基因突变、基因的转移与重组两种方式实现。

1．基因突变　细菌在生长繁殖过程中，突变是经常发生的。根据DAN序列改变的多少分点突变和多点突变。如果突变仅发生一个碱基对的改变(多为替代)称为点突变;如果发生两个以上碱基对的突变则为多点突变。点突变可以是碱基置换、碱基插入或碱基缺失。多点突变时往往涉及广泛的染色体重排，如倒位、重复或缺失。多点突变常导致细菌死亡。

2．基因的转移与重组　在一定条件下，供体菌的基因可转移至受体菌称为基因转移。转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程，称为基因重组。细菌基因转移和重组的主要形式有以下几种:

(1)转化　是指供体菌被裂解后，游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌的遗传性状发生改变。转化现象是Griffith在1928年研究肺炎链球菌时首次发现的。他将有荚膜、毒力强、菌落光滑(S型)的Ⅲ型肺炎链球菌注射入小鼠体内，小鼠死亡，从死鼠体内心血中分离出ⅢS型肺炎链球菌;将无荚膜、毒力弱、菌落粗糙(R型)的Ⅱ型肺炎链球菌或经加热杀死的ⅢS型肺炎链球菌注射入小鼠体内，小鼠不死;但若将杀死的ⅢS肺炎链球菌和活的ⅡR型无荚膜的肺炎链球菌混合注射至小鼠体内，则小鼠死亡，并从死鼠心血中分离到活的ⅢS型肺炎链球菌。这表明活的ⅡR型菌从死的ⅢS型菌中获得了产生ⅢS型菌荚膜的遗传物质，使活的ⅡR型菌转化为ⅢS型菌。

(2)转导　以温和噬菌体为媒介，将供体菌的DNA片段转移到受体菌内，导致受体菌获得新的遗传性状的过程称为转导。转导是金黄色葡萄球菌中耐药性传递的主要方式。由于噬菌体有宿主特异性，故耐药性转导的现象仅发生在同种细菌内。

(3)接合　细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质(主要是质粒)从供体菌转移给受体菌的过程称为接合(图2－22)。主要有F质粒(又称F因子)、R质粒(又称R因子)、Col质粒(又称Col因子)、毒力质粒(又称Vi质粒)等。

图2－22　接合时F因子的转移与复制

(4)溶原性转换　溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的遗传性状。它是某些细菌发生毒力变异和抗原性变异的常见方式，如白喉棒状杆菌因溶原性转换而获得产生白喉毒素的能力。

(5)原生质体融合　是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素处理后失去细胞壁而变为原生质体后进行融合的过程。融合的二倍体细胞寿命很短，但染色体仍可发生重组，从而获得有多种不同表型的重组融合体。融合体经培养后可返回为有细胞壁的细菌。

二、病毒的遗传与变异

病毒的基因组比较简单，每种病毒只有一种核酸，为DNA或RNA。基因数在3～10个之间，增殖速度极快，如单个腺病毒在一个细胞内可产生17代约25万个子代DNA分子，因此病毒是最早作为研究分子遗传学的工具。研究病毒的遗传与变异，可以有效地诊断与防治病毒性疾病，特别是用于病毒疫苗的研制。

病毒与其他生物一样，可在自然或人工条件下发生多方面的变异。外界环境发生改变或理化因素作用等，可增强病毒的突变率。

(一)病毒变异的类型

医学实践中具重要意义的有下列两种:

1．免疫原性变异　免疫原性变异形成的新变异株，会影响病毒的免疫学预防、治疗，如甲型流感病毒包膜表面的神经氨酸酶和血凝素的免疫原性易发生变异，而有些病毒迄今尚未发现其免疫原性有明显变异，如麻疹病毒等。

2．毒力变异　病毒对宿主致病性的变异称为毒力变异，即病毒由强毒变为弱毒或无毒。如从自然感染动物新分离出的狂犬病病毒(野毒株)，对人和犬致病力强。若将此毒株连续在家兔脑内传代后，其致病力减弱，不再引起人和犬发病。狂犬病的预防疫苗就是按照这种原理制备的。相反，有的病毒在人群中传播引起流行病时，致病力可由弱变强，以至于广泛流行，即从无毒或弱毒变为强毒株。

(二)病毒变异的机制

1．基因突变　病毒在增殖过程中可出现自发突变，其突变率为10－6～10－8。用物理因素(紫外线或γ射线)或化学因素(亚硝基胍、5－氟尿嘧啶)对病毒进行诱发突变，可提高突变率。由于基因突变产生的病毒表型改变的毒株称为突变株，某些突变株具有很重要的医学意义。

(1)条件致死性突变株　指只能在某种条件下增殖，而在其他条件下不能增殖的病毒株。其中最主要的是温度敏感株(temperature sensitive mutant，ts突变株)，ts突变株是指在28～35℃的条件下可以增殖，但在37～40℃条件下则不能增殖的突变株。ts突变株基因所编码的酶蛋白或结构蛋白在较高温度下失去功能，所以病毒不能增殖。ts突变株一般具有毒力减弱而保持免疫原性的特点，是生产减毒活疫苗的理想株。但ts突变株也容易出现回复突变，因此在制备疫苗时，必须经过多次诱变后，才能获得在宿主细胞内稳定传代的突变株。

(2)缺陷干扰突变株　缺陷干扰突变株(defective inhibition mutant，DIM)是指病毒以高滴度复制传代时，基因组发生了缺失性突变，导致部分子代病毒基因组较正常病毒明显减少，并发生基因结构重排。此类病毒由于基因存在缺陷而不能单独复制，但能干扰野生株的增殖。DIM必须在辅助病毒(通常为野生株)存在时才能复制，由于基因组的减少使之完成一个复制周期所需时间较野生株短。此外DIM能成功地与野生株竞争有限的复制酶，因而能干扰野生株的复制，随着传代次数的增加，非感染性病毒颗粒的滴度不断增加，而感染性病毒颗粒的滴度却不断下降。

(3)宿主范围突变株　宿主范围突变株(host rangemutant，hr突变株)是指病毒基因组发生突变而影响了对宿主细胞的感染范围。hr突变株能感染野生株所不能感染的细胞，利用这种特性可制备减毒疫苗，如狂犬病疫苗。

(4)耐药突变株　耐药突变株(drug resistantmutant)是指病毒的酶编码基因发生突变，降低了药物对靶酶的亲和力或作用，从而使病毒对药物产生抗药性而能继续增殖。临床上应用针对病毒酶的药物后，病毒往往被短暂抑制后又可重新增殖。

2．基因重组与重配　当具有近缘关系或宿主敏感性相似的两种病毒感染同一宿主细胞时，经相互作用后发生基因交换，产生具有两种亲代病毒特征的子代病毒并能继续增殖，该变化称为基因重组。对于基因组分节段的RNA病毒，则是通过交换亲代产生的子代RNA节段而进行基因重组，也称为基因重配。一般而言，基因重配发生频率远高于基因重组。

3．基因整合　某病毒感染宿主细胞后。病毒基因组的全部或部分DNA插入到宿主细胞染色体DNA中，这种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为基因整合。多种DNA病毒及反转录病毒均具有基因整合特性。基因整合既可引起病毒基因的变异，也可改变宿主细胞染色体结构，容易导致细胞转化发生肿瘤。

三、微生物遗传变异的应用

(一)在疾病诊断中的应用

细菌如发生变异，会失去典型的形态、结构、染色性、抗原性，其菌落、生化反应、毒力均可发生改变，给细菌鉴定工作带来困难。因此，在临床细菌学鉴定时，不但要熟悉细菌的典型性状，还要掌握各种病原菌的变异规律，注意不典型菌株的出现，才能做出正确的诊断。

(二)在疾病治疗中的应用

由于治疗感染性疾病药物的广泛应用，临床上病原微生物耐药株日益增多，特别是出现了多重耐药菌株，以至于新药研究开发的速度跟不上病原微生物的耐药性变异。某些病原菌的耐药性质粒同时还带有编码毒力的基因，使其致病性得到增强，这些变异给感染性疾病的治疗带来很大的困难。因此对临床分离的病原菌，必须在药物敏感试验的指导下正确选择用药，尤其不能滥用抗生素。在治疗慢性疾病时需长期用药，为提高抗生素的疗效，防止耐药性菌株的扩散，应考虑联合用药原则，并使用免疫调节剂。

(三)在疾病预防中的作用

微生物遗传变异的研究对感染性疾病的预防具有重要意义，特别是病毒性感染尚无有效的治疗药物，其特异性防治就显得格外重要。为预防感染性疾病的发生，用人工诱变的方法减弱病原微生物的毒力，制备出保留免疫原性的减毒活疫苗用于某些感染性疾病的预防，如卡介苗用于结核病的预防，脊髓灰质炎减毒活疫苗成功地预防了小儿麻痹症。目前通过基因工程手段可获得病原微生物新的变异株，以用于制备更理想的疫苗。近年来研制开发具有治疗作用的疫苗逐渐成为热点，也为疫苗的应用拓宽了范围。

(四)在检测致癌物质中的应用

细菌的基因突变可由诱变剂引起。凡能诱导细菌突变的物质也可能诱发人体细胞的突变，这些物质有可能是致癌物质。经典的Ames试验即以细菌作为诱变对象，以待测的化学因子作为诱变剂，将待测的化学物质作用于鼠伤寒沙门菌的组氨酸营养缺陷型细菌后，将此菌接种于无组氨酸的培养基中。如果该化学物质有诱变作用，则有少数细菌可回复突变而获得在不含组氨酸培养基上生长的能力。比较含被检物的试验平板与无被检物的对照平板，计数培养基上的菌落数。凡能提高突变率、诱导菌落生长较多者，即证明被检物有致癌的可能性。

(五)在流行病学中的应用

近年来分子生物学的分析方法被应用于流行病学研究，在基因水平上追踪病原微生物的转移与播散，从而构成分子流行病学资料。例如，应用指纹图谱法将不同来源细菌所携带的质粒DNA、毒力基因或耐药性基因等，经同一种限制性内切酶切割后进行琼脂糖凝胶电泳，比较所产生片段的数目和大小是否相同或相近，确定感染爆发流行菌株或相关基因的来源，或调查医院内耐药质粒在不同细菌中的播散情况。

(六)在基因工程中的应用

基因工程是在分子水平上，在生物体外用人工方法进行遗传物质重组，改变生物性状，而获得新的生物品系的一门新兴科学。基因工程的工作原理是:①从供体(细菌或其他生物)细胞的DNA上剪取需要表达的基因，即目的基因;②将目的基因连接到适合的载体(质粒或噬菌体)上;③将带有目的基因的载体转移至基因工程菌(受体细胞)内，伴随着细菌的大量繁殖而表达出大量目的基因产物。

这项技术解决了一些天然合成或分离纯化十分困难且成本昂贵的药物生产。例如在大肠埃希菌或其他生物体内可有效地表达重组胰岛素、生长激素、干扰素等。此外，还可应用于生产有效的新型疫苗，如乙型肝炎病毒表面抗原疫苗，为预防传染病开辟了新途径。目前临床正在探索利用基因工程技术制备带有遗传缺陷的基因载体或细胞治疗遗传缺陷性疾病。

第四节　医学微生物生态学概述

生态学(ecology)是研究生物与其周围环境相互关系的科学。按所研究的生物类别不同，生态学分为微生物生态学、植物生态学、动物生态学、人类生态学等。微生物生态学(简称微生态学)是一门研究微生物与微生物、微生物与宿主、微生物和宿主与外界环境之间相互依存、相互制约的学科;也是一门研究微观生态平衡、生态失调与生态调整的学科。医学与微生态学紧密结合产生了一个新兴学科即医学微生态学。医学微生态学是微生态学的一个重要分支学科，是研究寄居在人体表和与外界相通腔道黏膜表面的微生物与微生物、微生物与人体以及微生物和人体与外界环境之间相互依存、相互制约关系的学科，其研究对象主要是人体的正常微生物群及其在特定条件下引起机会性感染的条件致病菌。机会性感染多见于医院感染。

一、正常菌群与人体的微生态

在自然界存在着大量各种各样的微生物。人类与自然界接触密切，正常人体的体表和与外界相通的眼结膜、口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道等腔道黏膜中存在着不同种类和数量的微生物，在正常情况下，这些微生物对机体非但无害反而有益，故称为正常微生物群。由于其中以细菌为主，且对细菌研究得较多而深入，因此，又通称为正常菌群(normal flora)。通常情况下，正常菌群具有相对稳定性，但在特定条件下，如寄居部位发生改变、人体免疫力低下等，正常菌群与宿主间的生态平衡可被打破而导致疾病，这类微生物称为条件致病菌或机会致病菌。

(一)正常菌群的分类

1．按生境分类

(1)原籍菌　长期寄住在皮肤黏膜，又称固有菌或常住菌。具有以下特点:在一定年龄和一定部位相对稳定，一般伴随人的终生;在宿主一定时期的特定解剖部位密度最高;免疫原性较低;常为专性厌氧菌;正常情况下对人有益。

(2)外籍菌　暂时寄生在皮肤黏膜上的来源于外环境的非致病菌或潜在致病菌，可存在数小时、数日、最多达数月，又称过路菌或暂住菌。其特点为:匆匆过客，流动性大;在宿主一定时期的特定解剖部位密度较低;免疫原性较高;常为需氧或兼性厌氧菌;有潜在致病性。

2．按关系分类

(1)共生菌　与原籍菌有共生关系的细菌。正常微生物群中各种细菌之间常为共生关系。

(2)腐生菌　与宿主有寄生关系的细菌。病原微生物中寄生现象非常普遍，病原体常作为寄生物损害机体而引起疾病。

(二)正常菌群的分布与组成

人体各部位正常菌群的种类和数量存在差异(表2－4)，而且机体的多数组织器官在正常情况下是无菌的。正常微生物群中的细菌偶尔少量侵入血流和器官组织，可由机体天然防御功能如吞噬作用迅速消灭，若有侵入的细菌未被消灭，则可引起感染。因而在医疗实践中，当手术、注射、穿刺、导尿时，应严格执行无菌操作，以防细菌感染。人体各部位的正常菌群均各有特点，肠道内微生物生长最多的地方是盲肠，其pH一般在5．0～7．5。耐酸的乳杆菌科分布在胃没有腺体分泌的区域。在人的肠道内，厌氧菌占总数的95%以上，厌氧菌大约较需氧菌或兼性厌氧菌多1 000倍。

表2－4　人体各部位常见的正常菌群

续表2－4

宿主个体的正常菌群主要是由原籍菌、共生菌和部分外籍菌组成。正常时原籍菌是特定的优势种群，共生菌和外籍菌为一般种群，他们是在宿主长期进化过程中逐渐演变形成的一个与宿主和环境相互依赖、相互制约的统一体，即微生态系统。

(三)正常菌群的生理作用

1．拮抗作用　正常菌群，特别是占绝对优势的厌氧菌对来自人体以外的致病菌有明显的生物拮抗作用，阻止其在机体内定植，从而构成一道生物屏障。如用鼠伤寒沙门菌攻击小鼠，约需10万个活菌才能致其死亡，若预先口服链霉素以杀死或抑制正常菌群，则口饲10个活菌就能致死。这种拮抗作用的机制是:①产生有害代谢产物，原籍菌群通过产生乙酸、丙酸、乳酸等有机酸，降低生态环境的pH值和氧化还原电势，抑制外籍菌群的生长繁殖。有机酸主要是短链脂肪酸。短链脂肪酸可以促进肠道蠕动，使外籍菌群尚未在肠道黏膜表面黏附定植前就被排出体外;短链脂肪酸对假单胞菌、葡萄球菌等还具有抗菌作用。口腔链球菌产生的H2 02可以抑制白喉棒状杆菌和脑膜炎奈瑟菌。此外，某些细菌产生的细菌素以及真菌与放线菌产生的抗生素可以抑制或杀灭敏感菌，如大肠埃希菌产生大肠菌素对志贺菌有较强的抑制作用;②占位性保护作用，大多数正常微生物群的细菌与黏膜上皮细胞接触，形成一层生物膜，如果这种生物膜受抗生素或辐射因素的损伤而被破坏，外来的病原菌就容易定植;③争夺营养，正常菌群由于数量大，在营养的争夺中处于优势。肠道内专性厌氧菌数量大，在厌氧条件下它的生长速度超过兼性厌氧菌，因而在营养物质有限的条件下，专性厌氧菌优势生长，而通常为兼性厌氧菌的潜在致病菌则处于劣势状态。

2．免疫作用　机体的抗感染免疫力与其接受内环境定居的正常菌群抗原的刺激有密切关系。正常菌群作为一种抗原刺激，使宿主产生免疫，从而限制了它们本身的危害性。乳杆菌和双歧杆菌对胃肠道黏膜抗感染免疫作用的激活具有重要意义，双歧杆菌的可溶性物质或整个细菌可间接激活Th2细胞，产生大量的细胞因子，活化集合淋巴结生发中心的B细胞，使其转化为浆细胞产生SIgA，并附着于肠道黏膜上。由于双歧杆菌含有肠道寄生菌共同抗原，因此，SIgA能与大肠埃希菌为代表的肠内细菌反应，阻断它们对肠道黏膜上皮的吸附和穿透。双歧杆菌还能使单核巨噬细胞活性增强，并对固有层的CD4+ T细胞有激活作用。

3．营养作用　正常菌群参与人体的物质代谢、营养转化与合成。除参与蛋白质、糖类、脂肪代谢及合成维生素(如核黄素、生物素、叶酸及维生素K等)外，还参与胆汁代谢、胆固醇代谢及激素转化等过程。

4．抗衰老作用　正常菌群中的双歧杆菌、乳杆菌及肠球菌等许多细菌均具有抗衰老作用。健康母乳喂养的小儿肠道中，双歧杆菌约占肠道菌群的98%;成年后双歧杆菌数量大减，代之以其他菌群;进入老年后，产生H2 S和吲哚的芽胞杆菌数量增多，吸收这些有害物质可加速机体的衰老过程。双歧杆菌抗衰老机制与其产生的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)抗氧化损伤作用有关，SOD能催化自由基(O2－)歧化，以清除O2－的毒性，保护机体组织细胞免受其损伤。

5．抗肿瘤作用　正常菌群具有一定的扰肿瘤作用。但其作用机制尚未完全阐明。其可能的作用机制为:①通过自身产生的多种酶类将某些致癌物或前致癌物转化成无害物质，如降解亚硝酸胺为仲胺和亚硝酸盐而排出体外;②通过激活巨噬细胞等发挥细胞免疫功能而抑制肿瘤。

(四)人体各部位微生态系

1．口腔微生态系　人的口腔中已发现有300多种细菌，在口腔中定居的微生物与人体组成了口腔微生物系。口腔有各种微生物适宜的温度、湿度和营养源，给口腔内各种微生物生长、繁殖和定居提供了非常适宜的环境和条件。口腔链球菌是颊、硬腭黏膜最常见的正常菌群成分，约占该部位可培养菌总数的60%，其中以唾液链球菌最多见。唾液链球菌和革兰阳性丝状菌是舌背的优势菌。放线菌、马氏棒状杆菌、链球菌及缓症链球菌是龈沟的优势菌群，约占可培养菌总数的70%。唾液可培养菌总数为6×109/m l，唾液链球菌、口腔链球菌是唾液的优势菌，约占50%左右。

口腔微生物通过牢固附着在牙面形成牙菌斑，牙菌斑是寄生在牙齿表面的以细菌为主的生物群落。口腔感染性疾病主要是口腔微生态失调的结果。

2．皮肤微生态系　皮肤的常驻菌主要有葡萄球菌(包括表皮葡萄球菌)、丙酸杆菌、类白喉棒状杆菌和铜绿假单胞菌等。皮肤微生态系中优势种群是丙酸杆菌和表皮葡萄球菌，是最重要的常住菌。皮脂腺内寄生的丙酸杆菌可将皮脂中三酰甘油分解成游离脂肪酸，对皮肤表面的金黄色葡萄球菌、链球菌和白假丝酵母菌和皮肤癣菌有一定抑制作用。表皮葡萄球菌能分泌自溶酶，常住菌对此不敏感，但能溶解一些潜在致病菌和过路菌，它对保持常住菌的稳定性、维持微生态平衡起重要作用。皮肤表面微生物群落形成的生物屏障是第一道极其重要的保护屏障，有营养作用及参与皮肤细胞代谢、保持皮肤生理功能和自净作用。

3．食管与胃微生态系　在人类，尚未发现食管上皮细胞上有原籍菌。胃液的pH是控制胃中细菌生长的主要因素，胃内的微生物群落大部分是外籍菌。近年发现螺旋体和幽门螺杆菌，因与上皮细胞保持密切的联系，可认为是原籍菌群，但与溃疡病等疾病的关系密切，故不属于正常菌群。

4．肠道微生态系　肠道是一组庞大的微生态系，不但层次复杂，微生物群生物量也相当庞大。人体携带的微生物主要在肠道，约占人体总微生物量的80%，占粪便重量的30%～40%，其中厌氧菌为需氧菌的100～1 000倍。正常人消化道正常菌群的分布见表2－5。

表2－5　健康人消化道正常菌的分布

(1)不同部位的特点

小肠:十二指肠、空肠和回肠分别具有不同的微生物群落。从十二指肠到回肠末端，总菌数和活菌数是逐渐增加的，以回肠末端的微生物最多，且95%以上是厌氧菌。

大肠:主要包括盲肠和结肠，是胃肠道中微生物群最多的部位。盲肠和结肠的生态环境和微生物群比较相似。在正常人体内结肠的主要菌群相对稳定，即机体、细菌及肠内生态环境呈平衡状态。粪便是含有最多微生物群的大生态系，粪便重量的40%是微生物，而且90%以上是活的。

(2)肠道正常微生物群的类型

肠道正常菌群可分为3类:①致病性类型，包括葡萄球菌、变形杆菌和假单胞菌等，这些细菌数量少，不会致病，是必要组成部分，但在病理情况下，可大量繁殖而引起宿主发病;②共生性类型，包括双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌等。它们是生理性微生物，对人体有益无害，数量大，恒定存在。共生性微生物具有合成维生素与蛋白质，促进消化吸收，生物拮抗及免疫等生理作用;③中间性类型，包括乳杆菌、大肠埃希菌、链球菌和韦荣球菌等，数量介于前两者之间，既有生理作用，又有致病作用，即具有潜在的有害性。

5．呼吸道微生态系　在鼻腔、咽喉及扁桃体部位经常可分离到类白喉棒状杆菌与葡萄球菌、肺炎链球菌、溶血性链球菌及流感嗜血杆菌等具有致病潜能的细菌，但人的鼻窦是无菌的。气管和支气管在无感染存在时，只有少量的细菌。在健康人的呼吸道，尤其是细小支气管以下的部分及肺内和胸腔中是无菌的。健康人的鼻液中平均存在着葡萄球菌1．6×106/ml、厌氧性乳杆菌类6．3×106/ml;而在健康人气管、支气管黏膜上则没有永久的细菌定居。

6．阴道微生态系　人的阴道是一个完整的微生态系。主要的常住菌有乳杆菌、表皮葡萄球菌、大肠埃希菌、梭状杆菌、粪链球菌等。主要的过路菌有金黄色葡萄球菌、肠杆菌、丙酸杆菌、消化链球菌、韦荣球菌等。健康妇女阴道排出物中，厌氧菌与需氧菌的比例为5∶1，活菌数为102～109/ml。

阴道中常住的真菌是白假丝酵母菌，阴道毛滴虫属于过路原虫。也可分离出单纯疱疹病毒和巨细胞病毒。乳杆菌检出率高的个体，白假丝酵母菌、丙酸杆菌、棒状杆菌检出率也高，提示它们之间有共生关系。孕妇阴道菌群中大肠埃希菌、消化链球菌、类杆菌的检出率低，这有利于孕妇和胎儿在妊娠期的卫生。孕妇中乳杆菌、白假丝酵母菌、丙酸杆菌等分离率都高于健康妇女，提示在分解糖原、保持阴道低pH环境中，它们起协同作用。乳杆菌与B群链球菌、大肠埃希菌、类杆菌、金黄色葡萄球菌间有拮抗作用，并能产生酸性生存环境和在激活免疫中发挥作用。

二、微生态平衡与失调

微生态平衡(microeubiosis)是正常微生物群与其宿主生态环境在长期进化过程中形成的生理性组合的动态平衡。这种生理性组合是在共同的环境因素影响下，正常微生物群与宿主所形成的相互依赖与相互制约的统一状态。在生物进化过程中，通过适应与选择，微生物与微生物之间，微生物与宿主之间，微生物、宿主与环境之间始终处于动态平衡。微生态失调(microdysbiosis)是正常微生物群与其宿主之间的平衡在外界环境因素的影响下被破坏，由生理性组合转变为病理性组合状态。微生态平衡与失调是可以互相转化的，处于微生态平衡状态对人体有益;反之，若处于微生态失调状态，则对人体有害。微生态平衡是微生态学中的核心问题，只有对微生态平衡有了正确的认识，才能正确地了解微生态失调，并采取合理的防治微生态失调的措施，使微生态失调重新恢复平衡。

(一)微生态平衡的标准

环境、宿主与微生物是影响微生态平衡的三大因素，并且它们之间是相互联系的。在环境因素影响下，宿主与微生物保持动态的平衡。由于微生态平衡对人体的健康状况起重要作用，因此判断机体是否处于微生态平衡状态就显得尤为重要。评价微生态是否平衡必须综合地考虑参与平衡的以下多种因素。

1．微生物　微生态平衡在微生物方面的标准包括定性、定量与定位三个方面。这三方面不是孤立的，而是同一事物的三维结构。

(1)定位标准　指正常微生物群存在的生态空间。对正常微生物群的检查，首先要确定检查的位置。如前所述，同一种群在原位是原籍菌，对人体是有益的，在异位就是外籍菌，对人体可能是有害的。如肠道中的大肠埃希菌侵入到泌尿道、胆道、腹腔及血液中，就会引起化脓性炎症或败血症。

(2)定性标准　指正常微生物群的种类。在某一生态环境中正常微生物群的种类是相对稳定的，定性检查包括正常微生物群中的所有成员，如细菌、真菌、病毒、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、原虫等。

(3)定量标准　指对某生态环境中正常菌群总菌数和各种群活菌数的检查。定量检查是微生态学的关键技术，没有定量检查，就没有现代化的微生态学。从定性角度讲，许多微生物到处可见，没有多大意义，但定量检查就可以确定其意义。如泌尿道分离出少量的大肠埃希菌不足为奇，但如果成为优势菌就会对宿主致病。优势菌是决定微生态平衡的核心因素。在肠道内，专性厌氧菌占优势，如果这个优势下降或消失，就会导致微生态平衡被破坏而引起疾病。

2．宿主　正常微生物群随着人体不同发育阶段及其生理功能的改变而有所变化，这就是微生态平衡的生理波动。年龄因素是微生态平衡的重要参数，如肠道正常菌群在婴幼儿、青少年、成人及老人就存在着规律的动态变化。此外，宿主的生理功能变化如妊娠、分娩、哺乳、断乳、出牙和换牙时都存在着正常微生物群的变化，例如妊娠7～9个月时口腔厌氧菌明显增加;小儿出牙时口腔链球菌的种类及数量的变化等。

3．环境　在外界环境因素作用下，宿主病理状态对正常微生物群也产生明显影响，如辐射、手术、感染等可导致微生态失调。

(二)微生态失调

1．微生态失调的分类　从医学微生态学的理论和实际出发，微生态失调可分为以下两类。

(1)菌群失调　菌群失调是指在原生态环境内正常微生物群发生定性、定量的异常变化。按其轻重程度分为:①Ⅰ度失调，只能从细菌的数量检查上发现变化，在临床上往往没有表现或只有轻微反应，不加治疗，即可自然恢复;②Ⅱ度失调，是不可逆的，在临床上多有慢性病的表现，例如，慢性肠炎、慢性肾盂肾炎、慢性口腔炎或咽炎等;③Ⅲ度失调，表现为原来的正常菌群大部分被抑制，只有少数原来占劣势的菌种演变为优势菌，进而引起疾病。常常是在使用抗菌药物治疗或预防某些微生物感染过程中发生的一种新感染，亦称菌群交替症或二重感染，是微生态平衡被破坏的严重后果。例如，葡萄球菌及艰难梭菌引起的伪膜性肠炎等，其他如变形杆菌、铜绿假单胞菌、白假丝酵母菌、肺炎克雷伯菌及大肠埃希菌等，都可引起Ⅲ度失调。

(2)定位转移　定位转移是指正常微生物群寄居部位发生改变而引起的微生态失调。根据转移的特点，可分为4种:①横向转移，正常菌群由原定位的生态环境向周围转移。例如，下消化道菌向上消化道的转移，小肠污染综合征就是明显的下消化道菌向上转移的一个例证。上呼吸道菌转移到下呼吸道、下泌尿道菌转移到肾盂、阴道菌转移到子宫及输卵管等，均是常见的正常菌群的横向转移;②纵向转移，正常菌群由原定位的表层向深层转移。例如口腔黏膜表层是需氧层，中层是兼性厌氧菌，而下层是厌氧菌，如果上层的细菌转移到深层，可引起口腔炎;③血行转移，血行转移可作为异位感染的一种传播途径，而血行转移本身又是一种易位感染。完全健康的人群中，有4%～10%的人有一过性菌血症。正常菌群的定位转移中，血行途径具有重要意义，正常菌群进入血行虽然常见，但在正常情况下并不形成感染，只有在身体衰弱免疫功能下降时才发生感染;④异位病灶，正常微生物群在远隔的脏器或组织形成病灶。如脑、肝、肾等处的脓肿，这样的病例多与脓毒败血症的发生有关。

2．微生态失调的主要原因

(1)射线照射　人或动物在接受一定量放射物质与放射线照射后，巨噬细胞的功能与数量均下降，淋巴细胞功能减弱，血清的非特异杀菌作用减退或消失，免疫应答能力明显遭到破坏，此时易发生微生态失调。微生物对照射的抵抗力明显大于其宿主，人或动物只要有数戈瑞(Gy)就可产生病理作用，而细菌则需几百戈瑞才能损伤结构，而且微生物在照射后对抗生素耐药性提高，毒性亦增强。例如，第二次世界大战期间，原子弹在日本广岛、长崎爆炸后引起的放射病，最主要的并发症就是微生态失调及其因此而引起的各种感染。

(2)抗生素　使用抗生素可以引起菌群失调，特别是长期服用广谱抗生素后，不仅能将正常菌群中的敏感菌抑制或杀死，使耐药菌、不敏感菌或真菌大量繁殖而导致菌群失调，而且能降低机体对感染的定植抗力，使那些原来被正常菌群所抑制的病原菌大量繁殖而造成感染。同时，在抗生素的选择作用下，可通过性菌毛传递耐药基因，使正常微生物群产生对一种或几种抗生素的耐药性。如耐药性葡萄球菌、铜绿假单胞菌等正常菌群常导致医院内感染。

(3)外科手术　包括手术、整形、插管以及一切影响宿主生理解剖结构的方法与措施，都有利于正常菌群的易位转移。因此，在微生态失调的诱发因素中，外科治疗措施占有重要位置。

(4)其他因素　包括医源性因素，使用免疫抑制剂、细胞毒性物质和激素等因素，都能使机体免疫功能下降，引起微生态失调而导致感染。比如，肠道正常菌群中的脆弱类杆菌和消化球菌等厌氧菌常可成为机会致病菌而引起内源性感染。

3．微生态失调的防治　在微生态失调的防治中必须采取综合性措施，主要包括以下几个方面。

(1)保护生态环境　在微生态失调的防治中首先应考虑改善宏观环境，以去除导致微生态失调的外界环境因素。保护宏观生态环境，主要是防止空气、水及土壤的污染。微观环境对正常菌群的影响是直接的，而且是主要的。任何微生态失调都有微观环境因素的参与，宿主的任何病理变化都可作为微生态失调的微观环境因素。因此在微生态失调的防治过程中，应尽量找出来自宿主的影响正常菌群生长繁殖的微观生态环境因素。去除或改变这些因素，就有可能纠正微生态失调:一是去除引起微生态失调的病理状态，如胃酸缺乏症、肝胆或胰腺疾病等都可引起微生态失调状态;二是去除或缓解异常的解剖结构，如外科手术可造成各种异常的解剖结构，这些畸形可作为原因而导致菌群失调，并由此引起全身与局部疾病的发生，如恶性贫血、维生素缺乏症、吸收不良综合征、肠功能紊乱等。为使微生态失调恢复，应设法治愈或缓解这些疾病，从而改善微观生态环境。

(2)增强机体免疫力　营养失调或营养不良是造成机体免疫力下降的重要原因之一，也是破坏微生态平衡的因素之一。因此，应该合理调配饮食，养成科学的膳食习惯。

(3)合理应用抗生素　在临床应用抗生素时应尽量维护和保持微生态平衡。主要措施是抗生素用药要适量，能用小剂量抗生素解决问题就不用大剂量，能用窄谱抗生素治疗就不必用广谱抗生素，应根据药敏试验的结果选择使用抗生素。对全身感染或肠道外的局部感染最好选择非经口用药途径，这样可避免伤害肠道的正常菌群，尤其是占正常菌群绝对优势的厌氧菌，以维护微生态平衡。

(4)及时应用微生态调节制剂　微生态调节剂是指在微生态学理论指导下，具有调整微生态失调、保持微生态平衡、提高宿主健康水平或健康状态的制品。微生态调节剂对调整肠道微生态平衡、提高机体免疫功能以及改善微观生态环境具有良好的预防及治疗作用。其中一类是活菌制剂，利用对宿主无害甚至有益的活菌来拮抗潜在致病菌，克服菌群失调，部分取代抗生素的作用，但一般不与抗生素合用。另一类则是死菌制剂或活菌代谢产物，在调治肠道菌群失调的同时可与抗生素合用。目前国际上已将微生态调节剂分为益生菌、益生元和合生元等三种类型。其中益生菌是指含活菌和(或)包括菌体组分及代谢产物的死菌的生物制品，经口或其他黏膜给予，旨在黏膜表面处改善微生物与酶的平衡或刺激特异性和非特异性免疫。目前应用于人体的益生菌主要有双歧杆菌、乳杆菌、肠球菌、枯草芽胞杆菌、蜡样芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌、丁酸梭菌和酵母菌等。益生元则是指一种不能被宿主消化的食物成分，但具有选择性刺激一种或几种益生菌的活性或生长繁殖的作用。常见的有乳果糖、蔗糖低聚糖、异麦芽低聚精和大豆低聚糖等。合生元是指益生菌和益生元同时并存的制品，服用后到达肠道内使进入的益生菌在益生元的作用下，继续繁殖增多。

三、医院内感染

医院内感染(nosocomial infection)又称医院感染(hospital infection)，或医院内获得性感染(hospital acquired infection)，指包括医院内各类人群在医院活动期间所获得的感染。主要指病人在住院期间又发生的其他感染，不包括入院前已发生或已处于潜伏期的感染;住院期间获得的感染，在出院后才发病者则应作为医院内感染。如新生儿通过产道时发生的感染为医院内感染;而经胎盘传播造成的胎儿感染皆属于医院外感染。

医院感染随着医院的出现而发生，其感染率随着医院现代化的发展而迅速增长。据WHO调查，世界上医院感染率为3%～20%，平均为9%。据近年来我国全国医院感染监控网监测资料的统计数字表明，我国医院感染率约为4．6%，据此估计我国每年医院感染病例约为500万，医疗费用增加10亿元。因此，医院感染已成为当今世界各国各级医院面临的非常突出的公共卫生问题。许多国家将医院感染率作为评价医院管理水平的重要指标。同时由于社会老龄化，免疫功能低下人群日益扩大，机会致病菌正在逐步替代病原微生物而成为主要病原体，加之应用广谱抗生素所致的微生态失调和耐药性菌株的形成，以及新病原体的出现和旧感染性疾病的复燃，人类正面临新的感染威胁，而首当其冲的人群就是住院患者。医院内感染严重威胁住院患者的身心健康和预后，给社会安定及经济带来了巨大的影响与损失，因此控制医院内感染是现代化医院管理质量的重要目标之一。

(一)医院感染的分类

医院内感染按病原体来源分为内源性医院内感染和外源性医院内感染两大类。

1．内源性医院感染　也称自身医院感染或自身感染，是指患者在医院由于某种原因使自身寄居的正常微生物群转变成机会性致病菌或潜伏的致病微生物大量繁殖而导致的感染。正常微生物群是内源性医院感染的主要病原体。这些机会致病性微生物的主要特点是:①大多为耐药菌或多重耐药菌，最常见的是铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、肠球菌、金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和白假丝酵母菌等;②适应性强，既有来自机体的正常菌群，亦有来自广泛分布于外界环境中的水、土壤、尘埃及未消毒物品上的病原微生物。

2．外源性医院感染　亦称交叉感染，是指病人遭受医院内非自身存在的病原体侵袭而发生的感染。这种感染包括从患者到患者、从患者到医护人员和从医护人员到患者的直接感染，或通过污染的生活物品、医护用品及诊疗设备对人体的间接感染，或通过外环境(如空气)获得的感染，即所谓的环境感染。病原体主要来自其他患者或带菌者，其次来自周围环境。

病原微生物自然生存繁殖与排出的宿主(人或动物)或场所称为感染源和病原微生物储源。外源性医院感染的感染源或病原微生物储源主要是病人、带菌者、环境感染储源及动物感染源等。外源性医院感染的病原体随着时间的推移不断出现或发现新的病原菌，过去认为，主要是耐药金黄色葡萄球菌引起的抗生素相关性伪膜性肠炎，近年来已证实，主要是由肠道正常菌群的艰难梭菌所致。军团菌就是以前不曾认识的对医院内病人可造成感染威胁的新发现的病原菌。另外，过去有些菌种被认为与医学关系不大，现在却变成了医院感染的流行菌株，如阴沟肠杆菌、不动杆菌、肠球菌等。

(二)医院感染的常见病原微生物

医院感染中病原微生物主要是细菌，其次是病毒、真菌;既有致病性微生物，也有机会致病性微生物(表2－6)。

表2－6　医院感染常见的病原微生物

(三)医院内感染的危险因素

1．不合理使用抗生素　抗生素的不合理使用是引起医院内感染的主要危险因素。抗生素应用时间越长、种类越多，尤其是广谱抗生素，就越容易出现医院内感染，甚至导致深部真菌感染。

2．侵袭性操作　临床上各种侵袭性操作中以使用呼吸机的患者医院内感染率最高(与空气中微生物数量有关);其次是气管切开和气管插管，气管插管可引起咽喉部的微生物沿气管插管侵入其前部的无菌气管内;再次是泌尿系统感染，泌尿道、尿路感染与导尿管的留置有关。医护人员的无菌操作不严格或器械消毒不彻底，往往可导致交叉感染。

3．易感人群　老年患者的主要器官功能退化，生理防御能力衰退，即使是少量的病原体亦可导致感染发生;婴幼儿免疫机制尚未发育成熟，而且生活护理主要依赖于医护人员及家长照顾，也容易发生医院内感染;另外免疫缺陷、免疫功能紊乱或有原发病的病人也容易感染。

4．住院时间　医院是各种病原微生物较为集中和较易流行的场所，因此，患者住院时间越长，医院内感染率越高。

5．消毒隔离措施不严格　医院的消毒隔离措施不严格是造成医院内感染的重要原因。如治疗室的无菌区、清洁区、污染区划分不明确;病房、治疗室、卫生间的拖布不分开，病床、桌椅的抹布混用，用后又未进行消毒;清扫床铺与地面时未进行湿式清扫，造成病房的空气污染等，均易引起病原体传播而引起院内感染。

(四)医院内感染的预防与控制

从一定意义上讲，控制医院内感染的危险因素就是预防与控制医院内感染最有力和最有效的措施。

1．合理使用抗生素　合理使用抗生素和加强对细菌耐药性的监控，可减少耐药菌的产生与感染，从而降低医院感染率。医院应根据情况制定抗生素合理使用的规程，加强抗生素的管理。

2．减少侵袭性操作　尽量减少侵袭性操作，尤其是对免疫缺陷者。例如，为避免尿路感染的发生，应尽可能避免导尿，必要时应采取消毒闭式引流系统，并严格执行无菌操作，引流袋应低于引流口位置，避免引流液反流。外科手术及一切侵袭性操作应严格无菌，保证与患者接触的一切用品都具有微生物学安全性，操作精细、减少组织创伤等措施均可减少术后感染的发生。

3．保护易感人群、缩短住院时间　临床上常见免疫功能低下患者的并发感染，尤其是恶性肿瘤、糖尿病、脑昏迷等危重患者更为普遍，因此在治疗原发疾病的同时，必须加强支持疗法，以增强患者机体的免疫力。

医院内感染的病原菌多为耐药菌，不仅症状严重，而且治疗上困难重重。由于患者长期住院，病房中感染患者与非感染患者共居一室，共用盥洗室，造成交叉感染。因此，患者痊愈后应立即出院，避免再次感染，尤其是老年慢性病患者，在病情稳定后应及时出院，定期门诊随访治疗。

4．严格消毒、加强监测　严格遵守卫生部规定的“消毒灭菌原则”，不定期地进行检查与督导，发现问题，及时纠正。加强监测医院各部门的微生物污染指标，定期由卫生防疫机构进行抽检。举办关于医院内感染的培训班，提高全体医护人员的无菌观念和消毒隔离操作水平等。

5．正确处理污物　卫生垃圾及传染病患者使用的一次性医疗用品应装袋送指定地点焚毁;患者引流液、痰液、血液、粪便等分泌物应用高浓度消毒液浸泡后焚烧处理;对所有非一次性医疗用品均执行“消毒—清洗—消毒”的制度等。

第五节　微生物的致病性与感染

微生物的感染是指在一定条件下，微生物与机体相互作用并导致不同程度的病理变化的过程。能使宿主致病的微生物称病原微生物或病原体，其致病的性质称为致病性。感染按来源不同分为外源性感染和内源性感染。前者的病原体来自宿主体外，后者的病原体则来自宿主体内。微生物通过一定的途径和方式从一个宿主传播到另一个宿主引起的感染称为传染。

在宿主免疫防疫功能一定的情况下，微生物的致病性有强弱之分，称为微生物的毒力。毒力常用半数致死量(median lethal dose，LD50)或半数感染量(median infective dose，ID50)表示，即在规定时间内，通过某种特定感染途径，使一定体重或年龄的某种动物半数死亡或感染所需的最小病原体数或毒素量。LD50常可作为判断病原体毒力的参考指标。致病性及毒力具有相对性，不同的致病微生物毒力可不同，同一种病原体也有强毒株、弱毒株和无毒株的区别。认识不同病原微生物的感染和致病机制，有助于防治人类感染性疾病。

一、细菌性感染

细菌性感染是细菌在宿主体内生长繁殖与宿主机体相互作用的病理过程。能感染宿主并引起疾病的细菌称为致病菌或病原菌，不能感染宿主、也不引起疾病的细菌称为非致病菌或非病原菌。

(一)细菌的致病机制

引起感染与否，首先取决于其必须有一定的毒力，同时还必须有足够的数量和适当的侵入部位，同时与机体的免疫状态密切相关。不同种类的病原菌对宿主可引起不同的病理过程和不同的疾病，例如，鼠疫杆菌引起鼠疫，结核杆菌引起结核。

1．细菌的毒力　构成病原菌毒力的主要因素是侵袭力(invasiveness)和毒素(toxin)。

(1)侵袭力　是指病原菌突破机体的防御机能，在体内定居、繁殖及扩散、蔓延的能力。构成侵袭力的主要物质有荚膜、微荚膜、黏附因子等菌体的表面结构和释放的侵袭性胞外酶等物质:①荚膜和微荚膜，细菌荚膜具有抗吞噬细胞吞噬、抵抗杀菌物质的作用，如有荚膜的肺炎链球菌、炭疽芽胞杆菌等不易被吞噬细胞吞噬杀灭。某些细菌表面有类似荚膜的物质，如A群链球菌的M蛋白、伤寒沙门菌的Vi抗原、某些大肠埃希菌的K抗原，统称为微荚膜，也具有抗吞噬等作用;②黏附因子，具有黏附作用的细菌结构，称为黏附因子，如革兰阴性菌的菌毛，革兰阳性菌的膜磷壁酸等。菌毛等黏附因子具有对组织细胞的选择黏附作用，原因是宿主易感细胞的表面有相应受体。具有黏附因子的细菌能抵抗黏液的冲刷，也能抵抗呼吸道上皮纤毛的运动以及肠蠕动等消除作用，有利于病原菌在体内定居;③侵袭性胞外酶，细菌在代谢过程中常产生对宿主细胞有破坏作用的侵袭性酶，这些酶可帮助细菌抗吞噬或有利于细菌在体内扩散。如金黄色葡萄球菌产生的血浆凝固酶，能使血浆中的纤维蛋白原转化为纤维蛋白，包绕在细菌表面可抵抗宿主吞噬细胞的吞噬作用。这些侵袭性物质一般无毒性，但在感染过程中可保护细菌抵抗吞噬或协助细菌的扩散。

(2)毒素　依据毒素产生的来源、性质和作用的不同，可分为外毒素(exotoxin)和内毒素(endotoxin)两种。

1)外毒素　外毒素主要由G+菌和部分G－菌在细胞内合成并释放到菌体外的毒性蛋白质，但外毒素也有存在于菌体内的，当细菌融溃后才释放至菌外。产生菌如革兰阳性菌中的破伤风梭菌、肉毒梭菌、白喉棒状杆菌、产气荚膜梭菌、金黄色葡萄球菌等;革兰阴性菌中的痢疾志贺菌、耶尔森菌、霍乱弧菌、肠产毒型大肠埃希菌、铜绿假单胞菌等。

外毒素具有以下共同特征:

·化学成分为蛋白质。多数外毒素蛋白有A、B两个亚单位组成，A亚单位是毒素的毒性部分，决定着毒素的致病作用;B亚单位无致病作用，是介导外毒素分子与宿主细胞结合的部分。外毒素的致病作用依赖毒素分子结构完整，各亚单位单独对宿主无致病作用。提纯的结合亚单位可作为疫苗，预防外毒素所致疾病。

·毒性作用强，对组织器官有选择性。如1 mg肉毒毒素纯品能杀死2亿只小鼠，毒性比氰化钾强1万倍。外毒素对组织器官具有选择作用，通过与特定靶器官的受体结合，引起特征性的病变。如肉毒毒素可阻断胆碱能神经末稍释放乙酰胆碱，使眼和咽肌麻痹，引起眼睑下垂、复视、吞咽困难等。

·对理化因素不稳定。一般不耐热，如破伤风外毒素60℃、20 min即可被破坏。

·免疫原性强。外毒素免疫原性强，其抗体称为抗毒素。外毒素在0．3%～0．4%甲醛作用下可以脱毒成为类毒素，但保持免疫原性。类毒素主要用于人工主动免疫，抗毒素用于治疗和紧急预防，两者均可用于防治传染病。

·种类多，一种细菌可产生几种或多种外毒素。根据外毒素的种类和作用机制不同，外毒素可分为神经毒素、细胞毒素和肠毒素三大类(表2－7，表中只列出部分外毒素)。

表2－7　外毒素的种类及作用特点举例

续表2－7

2)内毒素　内毒素是革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖(图2－23)，只有当菌体裂解后才释放出来。内毒素也存在于螺旋体、衣原体、支原体、立克次体中。内毒素是革兰阴性菌的主要毒力物质，由特异性多糖、核心多糖和脂质A三部分组成，脂质A是内毒素的主要毒性成份。内毒素耐热，160℃、2～4 h才被破坏。内毒素的免疫原性弱，不能脱毒成为类毒素。内毒素毒性作用相对较弱，致病需要的量相对较大，且对组织器官无选择性。

图2－23　革兰阴性菌细胞壁内毒素

各种革兰阴性菌内毒素的毒性作用大致相似，但作用机制复杂，具体毒性作用如下:

·发热反应，内毒素作用于巨噬细胞、中性粒细胞等使之释放内源性致热原，作用于下丘脑体温调节中枢使体温升高。

·白细胞反应，内毒素进入血循环后，白细胞先急剧减少，系与其大量移行并黏附于组织毛细血管床有关，数小时后骨髓中的中性粒细胞大量释放入血，使血循环中白细胞数增高。

·内毒素血症与休克，当血液中细菌或病灶内细菌释放大量内毒素入血时，可导致内毒素血症，严重时可引起休克。此种内毒素所致的重症感染死亡率高。

·弥散性血管内凝血(DIC)，内毒素直接活化凝血系统，也可通过损伤血管内皮细胞间接活化凝血系统，造成血管内广泛凝血，形成微血栓，广泛沉着于小血管中导致弥散性血管内凝血。由于广泛凝血消耗大量凝血因子，同时内毒素能直接活化纤溶系统，进而产生出血倾向。

细菌内、外毒素区别见表2－8。

表2－8　外毒素与内毒素的主要区别

2．细菌侵入的数量　具有一定毒力的病原菌侵入机体后，还需有足够的数量才能引起感染。一般情况下，细菌毒力愈强，引起感染的菌数愈少，反之则多。有些病原菌毒力极强，极少量的侵入即可引起机体发病，如鼠疫耶尔森菌，有数个细菌侵入就可发生感染。对毒力相同的病原菌而言，数量越多，引起感染的可能性越大。

3．细菌侵入的途径　具有一定毒力物质和足够数量的致病菌，必须侵入易感机体的适宜部位才能引起感染。如伤寒沙门菌必须经口侵入，定居于结肠内，才能引起疾病;破伤风梭菌只有经伤口侵入，厌氧条件下在局部组织生长繁殖，产生外毒素，引发疾病，若经口侵入则不能引起感染。也有一些致病菌的适宜入侵部位不止一个，如结核分枝杆菌可经呼吸道、消化道和皮肤创伤等多个部位侵入机体而造成感染。

(二)细菌性感染来源与传播

1．感染的来源

(1)外源性感染　病原菌来自宿主机体以外的感染称为外源性感染，其传染源主要是:①病人，患者感染后从潜伏期一直到病后恢复期这段时间内，都有可能通过接触和污染环境，使病原菌以各种方式在人与人之间水平传播;②带菌者，携带有致病菌但未出现临床症状的健康人，称为带菌者。带菌者不易被发觉，其危害性高于病人，是重要的传染源;③患病及带菌动物，某些病原菌引起人畜共患病，病原菌可在人和动物间传播，如炭疽芽胞杆菌、布鲁斯菌和鼠疫耶尔森菌等。

(2)内源性感染　主要指来自体内的细菌引起的感染，又称自身感染。感染来源包括:①正常菌群，主要是正常菌群中的条件致病菌。当某些因素改变时，如大量使用广谱抗生素导致菌群失调、各种原因所致的机体免疫力降低、某些慢性消耗性疾病和大面积烧伤等，常促使条件致病菌迅速繁殖而引起感染;②少数在感染过后潜伏下来的病原菌，如结核分枝杆菌引起的重新感染。

2．感染的途径　根据侵入机体门户的不同，感染途径包括:①呼吸道传播，许多病原菌通过飞沫或气溶胶方式经呼吸道传播，如结核分枝杆菌、白喉棒状杆菌可经空气飞沫传播;②消化道传播，病人或带菌者排泄物中的某些病原菌通过污染的食物、水源等，经口进入消化道引起感染。如伤寒沙门菌、痢疾志贺菌等均可经粪—口途径传播;③皮肤传播，病原菌经皮肤破损处侵入引起感染。如金黄色葡萄球菌引起局部或全身性化脓感染;④虫媒传播，病原菌以节肢动物为媒介传播，如蚤传播鼠疫耶尔森菌;⑤性传播，病原菌通过人类自身的性行为方式传播，引起性传播疾病，如淋病奈瑟菌等均可通过性行为传播;⑥接触传播，通过与已有临床症状的感染者、病原体携带者或中间宿主直接或间接接触引起，如沙眼衣原体、布鲁斯菌等的传播;⑦多途径感染，病原菌可经多个不同途径进入人体引起感染，如结核分枝杆菌和炭疽芽胞杆菌可经皮肤、呼吸道、消化道及密切接触等多个途径感染。

(三)细菌性感染的类型

感染的发生、发展与结局或转归是病原菌与机体在一定条件下相互作用的复杂过程。根据双方力量对比，可出现以下类型。

1．隐性感染　当机体免疫力较强或入侵的病原菌数量少且毒力较弱时，感染后损害较轻，不出现或出现不明显的临床症状，称隐性感染或亚临床感染。隐性感染后，机体常可获得特异性免疫力，能抵抗同种病原菌的再次感染，但有时也可携带病原菌而成为重要传染源。一般在一次传染病的流行中，感染的人群90%以上为隐性感染。结核、伤寒等许多细菌常有隐性感染。

2．显性感染　当机体免疫力较弱或入侵的病原菌毒力较强且数量较多时，机体的组织受到较严重损害，生理功能也发生改变，并出现一系列明显症状和体征者，为显性感染。临床上显性感染有不同分类方法。

(1)按发病缓急分为急性感染和慢性感染

1)急性感染　表现为突然发作，症状明显，病情急，但一般病程短，持续数日至数周，病愈后，病原体从宿主体内消失，如细菌性肺炎。

2)慢性感染　病情缓慢，病程长，可持续数月至数年，可反复，如结核、麻风等。

(2)根据感染发生的部位及扩散程度分为局部感染和全身感染

1)局部感染　入侵的病原菌只局限在宿主一定部位生长繁殖引起局部病变的感染类型，如化脓性球菌引起的疖、痈等。

2)全身感染　感染发生后，致病菌或其毒性代谢产物向全身播散引起全身症状的一种感染类型。临床上常见的有下列几种情况:①毒血症(toxemia)，病原菌在局部生长繁殖过程中，细菌不侵入血流，但其产生的外毒素进入血流，引起特征性的中毒症状。如白喉、破伤风等;②菌血症(bacteremia)，病原菌由局部侵入血流，但未在血流中生长繁殖，只是短暂的一过性通过血循环到达体内适宜部位后再进行繁殖而致病。如伤寒沙门菌早期感染有菌血症期;③败血症(septicemia)，病原菌侵入血流并在其中大量繁殖产生毒性产物，引起严重全身中毒症状。革兰阳性和革兰阴性菌均可引起。症状主要有不规则高热，皮肤和黏膜淤血、肝脾肿大、甚至肾衰竭等;④脓毒血症(pyemia)，化脓性细菌侵入血流引起败血症时，细菌随血流扩散到机体其他组织或器官，产生新的化脓性病灶的感染类型。如金黄色葡萄球菌脓毒血症，常引起多发性肝脓肿、皮下脓肿、肾脓肿、肺脓肿等;⑤内毒素血症(endotoxemia)，革兰阴性菌侵入血流并在其中大量繁殖，崩解后释放大量内毒素引起的全身感染。也可由病灶内大量革兰阴性菌死亡，释放的内毒素入血所致。其症状可轻可重，因血液中内毒素量的不同而异，轻者仅发热或伴轻微不适，重则出现严重症状、DIC、休克、甚至死亡，如小儿急性中毒性菌痢。

3．带菌状态　机体在显性感染和隐性感染后，由于病原菌未被完全消灭而在体内继续存在一定时期，与机体免疫力处于相对平衡状态，称带菌状态。处于带菌状态的宿主称带菌者。例如伤寒、白喉等病后常出现带菌者，因带菌者常间歇排出病原菌，是重要的传染源。

(四)抗细菌感染免疫

根据致病菌在宿主组织中寄生部位不同，细菌可分为胞外菌和胞内菌。前者主要寄生于细胞外的组织间隙、血液和淋巴液中;后者主要寄生在宿主细胞内部。引发机体感染的致病菌大多是胞外菌，如葡萄球菌、脑膜炎球菌、淋病奈瑟菌、志贺菌、致病性大肠埃希菌等。以体液免疫应答为主的抗感染免疫在清除胞外菌感染过程中发挥主导作用，抗体、吞噬细胞和补体是抗胞外菌感染免疫的有效成分。人类致病胞内菌主要有结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌、伤寒沙门菌等。由于抗体不能进入细胞内发挥作用，因此，抗胞内菌的保护性免疫主要以细胞免疫应答为主，体液免疫应答只是在细菌游离至胞外或进入血流时才发挥辅助性作用。

1．抗胞外菌感染免疫　许多胞外菌能产生外毒素、内毒素和侵袭性胞外酶等，主要引起局部化脓性炎症。抗胞外菌感染的免疫防御，主要依靠皮肤及黏膜的屏障作用、吞噬细胞的吞噬作用、非特异性体液因子的调理和杀伤以及特异性抗体的中和与调理作用。细胞免疫在某些情况下起作用，但一般不占主导地位。

(1)固有免疫　当致病菌突破局部皮肤黏膜屏障侵入机体后，受到吞噬细胞和补体等天然免疫的抵抗。首先，中性粒细胞在趋化因子的作用下从血管内趋化游走聚集于炎症部位。感染早期补体经替代途径和MBL途径活化，产生的C3a、C5a进一步促进了中性粒细胞的趋化。炎症部位聚集的吞噬细胞捕获细菌后，生成大量活性氧并释放溶菌酶等生物活性物质可杀灭细菌。此外，补休活化后形成的MAC可在细菌的细胞膜上形成孔洞，诱导溶菌效应产生。

(2)适应性免疫　体液免疫是抗胞外菌主要的保护性免疫应答。细菌通过两种途径激活B细胞产生特异性抗体:①胸腺非依赖性抗原途径，细菌的荚膜多糖等可直接刺激B细胞，产生IgM类抗体，但无免疫记忆;②胸腺依赖性抗原途径，多数细菌蛋白可诱导机体产生以IgG为主的各类抗体，这种免疫应答可产生免疫记忆。抗体包括抗菌抗体和抗毒素抗体(抗毒素)。抗菌抗体具有下述抗菌作用:抑制细菌黏附;与菌体表面相应的抗原形成免疫复合物，启动经典途径激活补体，进而产生溶菌效应等。抗毒素可通过中和外毒素而发挥保护性作用，但其只能中和游离的外毒素，对已结合到靶细胞表面的外毒素则无中和效应。外毒素与抗毒素形成的免疫复合物最终被吞噬细胞吞噬清除。外毒素与靶细胞的结合具有不可逆性。因此，用抗毒素人工被动免疫应尽早、足量。

2．抗胞内菌感染免疫　某些胞内菌在细胞外适宜条件下也可生存，又称兼性胞内菌。对人类致病的兼性胞内菌有结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌、伤寒沙门菌、布鲁斯菌和嗜肺军团菌等。胞内菌多寄生于于吞噬细胞中，常引起慢性感染，而补体、抗体等免疫分子不能进入细胞内发挥抗感染作用，因此，T细胞介导的细胞免疫应答是抗胞内菌的主要保护性免疫机制，吞噬细胞、Thl细胞及其分泌的细胞因子是清除胞内菌最有效的成分。

(1)吞噬细胞的作用　在特异性细胞免疫产生之前，未活化的单核巨噬细胞也难以杀死吞入的细菌。单核巨噬细胞一旦活化，则发挥较强的杀伤功能。活化的单核巨噬细胞可大大增强对胞内菌的摄取和破坏能力，如溶酶体酶合成增加，细胞表面受体表达数量增多，吞噬或吞饮作用增强等，尤其是大量一氧化氮的产生，使之能有效杀伤多种胞内菌。活化巨噬细胞释放的某些物质可激活凝血系统，促进纤维蛋白原转化成纤维蛋白并析出，同时促进成纤维细胞增殖。聚集的巨噬细胞和变形类上皮细胞共同在细菌存在的局部形成肉芽肿，限制细菌的扩散。中性粒细胞、NK细胞也参与了抗胞内菌免疫，在感染早期有一定作用;NK细胞可直接杀伤感染的靶细胞，并参与激活细胞免疫应答。

(2)T细胞介导的细胞免疫应答　细菌经过内源性抗原提呈后，T细胞活化成为致敏淋巴细胞。Thl细胞通过分泌多种细胞因子活化巨噬细咆，引起迟发型超敏反应，从而有利于对胞内菌的清除。细胞毒性T细胞在抗某些胞内菌(如结核分枝杆菌)感染中也发挥重要作用。其机制主要有:①通过毒性分子包括穿孔素、颗粒酶的介导发挥细胞毒性作用，破坏靶细胞，释放病菌，再由巨噬细胞进行消灭;②颗粒酶对胞内菌的直接杀灭作用;③通过分泌细胞因子活化巨噬细胞，增强其杀伤能力。

二、病毒性感染

病毒通过一定的方式侵入宿主，在易感细胞内增殖，并在宿主机体内进一步扩散的过程称为病毒性感染。病毒感染常因病毒种类、机体状态不同而产生轻重不一的损伤或产生病毒性疾病。病毒引起人机体感染和疾病的能力称为病毒的致病作用。病毒能否感染机体以及能否引起疾病，取决于病毒致病性和宿主免疫力两方面的因素。

(一)病毒感染的致病机制

病毒是严格细胞内寄生微生物，其生物学性状、致病机制均有特征性，其中许多病毒感染的表现较为特殊，其致病机制与细菌比较大有不同。其主要致病作用表现在病毒在细胞内增殖，引起细胞损伤及病毒作为抗原刺激机体引起免疫反应所造成的病理损害等。

1．病毒感染对宿主细胞的直接损伤

(1)杀细胞效应　病毒在宿主细胞内增殖成熟后，短时间释放大量子代病毒，导致细胞裂解而死亡，这种作用称为病毒的杀细胞效应(cytocidal effect)。主要见于无包膜、杀伤性强的病毒;如脊髓灰质炎病毒、腺病毒等。具有杀细胞效应的病毒多数引起急性感染。杀细胞效应的主要机制为:①阻断宿主细胞的大分子合成，由杀细胞病毒编码早期蛋白，通过各种途径抑制甚至关闭宿主细胞RNA转录和蛋白质的合成，进而影响其DNA的复制，使宿主细胞正常代谢紊乱而致死亡;②影响宿主细胞溶酶体的结构和功能，病毒感染可导致细胞溶酶体膜通透性增高或破坏，使溶酶体内的多种酶类扩散到细胞浆而引起细胞自溶，产生溶细胞感染;③细胞膜功能障碍，病毒感染细胞后，可使宿主细胞膜的通透性增高，破坏细胞内外的离子平衡。病毒抗原成分也可插入细胞膜表面，引起抗原改变，造成细胞融合，形成多核巨细胞，或引起免疫性细胞损伤;④对细胞器的损伤，包括内质网、线粒体、高尔基复合体等，常使细胞出现浑浊、肿胀、圆缩等改变。体外培养时，病毒感染的细胞可出现典型的病理变化，如变圆、集聚、裂解、脱落和融合等;⑤病毒产生的毒性蛋白的作用，如腺病毒表面的蛋白纤维突起，可使细胞团缩、死亡。病毒的杀细胞效应将宿主细胞破坏到一定程度时，机体会出现严重的病理变化，若累及主要器官，则会危及生命或留下严重的后遗症。

(2)稳定状态感染　有些病毒(多为有包膜病毒)在宿主细胞内增殖过程中，对细胞代谢、溶酶体膜影响不大，由于以出芽方式释放病毒，其过程缓慢，病变较轻，短时间也不会引起细胞溶解和死亡，称为病毒的稳定状态感染。如流感病毒、疱疹病毒和麻疹病毒等感染。但稳定状态感染常导致宿主细胞膜如下改变:①细胞融合，病毒的作用导致细胞溶酶体酶释放并作用于细胞表面，使感染细胞与邻近细胞融合形成多核巨细胞。如麻疹病毒所致肺炎患者的肺部可出现多核巨细胞，具有诊断价值。细胞融合是病毒扩散的方式之一，病毒借助于细胞融合，扩散到未感染细胞;②细胞表面出现新抗原，病毒复制过程中，由病毒基因编码的抗原可以出现在细胞膜表面。如流感病毒抗原出现在细胞膜上后，除引起抗原决定簇改变外，还因有病毒血凝素的存在，使细胞具有吸附红细胞的功能。在稳定状态感染中。宿主细胞经病毒多次出芽释放后，最终仍要死亡。

(3)细胞凋亡　病毒侵入易感细胞后，感染的病毒本身或由病毒编码的蛋白间接地作为诱导因子引发细胞凋亡，使细胞质收缩、核染色体裂解，形成凋亡小体。如腺病毒、疱疹病毒、乙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病病毒等感染细胞后，可直接由感染病毒本身或由病毒编码蛋白间接作为诱导因子激发细胞凋亡。

(4)包涵体的形成　某些病毒感染易感细胞后，在胞质或胞核内形成具有一定形状(圆形、椭圆形或不规则形)和特殊染色性(嗜酸性或嗜碱性)、在普通显微镜下可见到的斑块结构，称为包涵体(inclusion body)。它由病毒颗粒或未装配的病毒成分组成，是细胞被病毒感染的标志。因其形状、位置、染色性等特性随病毒而异，故在诊断某些病毒感染时具有重要的鉴别作用。同时，其对宿主细胞的结构和功能也有破坏作用，可导致宿主细胞损伤。

(5)细胞转化　有少数DNA病毒的全部或部分核酸、某些RNA病毒基因组经逆转录产生的DNA，整合入宿主细胞染色体中，使宿主细胞遗传性状发生改变。整合后的病毒核酸随宿主细胞的分裂而传给子代，此时细胞虽不复制出子代病毒，宿主细胞也不被破坏，但可被激活引起细胞的恶性转化。转化的细胞其生长与分裂失控，可无拘束地生长繁殖，此与病毒的致肿瘤性关系密切，但转化并不一定都引起肿瘤。致肿瘤的因素有多种，重要的有原癌基因激活、抗癌基因的突变失活以及整合的病毒DNA片段编码蛋白与抗癌蛋白结合后所致抗癌蛋白失活、降解等。

2．病毒感染的免疫病理损伤　病毒感染宿主细胞后，既可以刺激机体产生保护性免疫应答，也可导致对机体的免疫病理损伤。大部分病毒感染对宿主造成的损害并不是由于病毒对宿主细胞的直接损伤，而是病毒抗原刺激机体的免疫应答对机体造成的间接损伤，称为免疫病理损伤。

(1)体液免疫的病理损伤作用　大多数病毒侵入宿主易感细胞后，可诱发细胞表面出现新抗原，诱发机体产生免疫应答，相应抗体与细胞表面新抗原特异性结合，在补体参与下，引起Ⅱ型超敏反应，导致细胞的溶解。某些病毒(如乙型肝炎病毒等)感染后，病毒可溶性抗原与相应抗体结合形成中等大小的免疫复合物，长期存在于机体血流中，当这种免疫复合物沉积于血管基底膜时，可激活补体，引起Ⅲ型超敏反应，造成局部组织损伤，如肾小球肾炎、关节炎、荨麻疹等。

(2)细胞免疫病理损伤　细胞免疫是宿主机体清除细胞内病毒的重要机制。在其发挥抗病毒感染作用的同时，特异性细胞毒性T细胞可识别病毒感染后出现新型膜抗原的靶细胞，通过Ⅳ型超敏反应造成组织细胞损伤。

(3)引起自身免疫病　有些病毒感染后，病毒蛋白与宿主细胞蛋白之间存在共同抗原而导致自身免疫应答，如HBV引起的慢性肝炎就有自身免疫性疾病的病理损伤因素。病毒感染有可能使宿主细胞的隐蔽抗原暴露或释放出来，导致机体对这些细胞产生免疫应答，免疫细胞和免疫因子对这些靶细胞发挥作用，从而发生自身免疫病。

(4)直接损伤免疫细胞或引起免疫抑制　大多数病毒感染机体后，可致宿主的免疫应答低下，导致免疫功能抑制，其原因与病毒侵犯免疫细胞有关。如人类免疫缺陷病毒侵犯T辅助性细胞及巨噬细胞后，经过多种机制可使免疫细胞数量减少而发生艾滋病(AIDS);麻疹病毒、巨细胞病毒等可侵入巨噬细胞和T、B淋巴细胞中增殖，并可致淋巴组织中出现多核巨细胞，从而引起机体免疫功能低下。免疫低下易引起机会感染和恶性肿瘤，死亡率高。某些病毒可经垂直传播感染胎儿，可诱发机体产生免疫耐受性，即不引起免疫应答，导致机体终身携带此病毒。如乙型肝炎病毒、人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒等。

(二)病毒感染的来源与传播

1．病毒感染的来源　引起人类病毒感染的传染源主要是病人、病毒携带者及动物储存宿主;医源性感染也是病毒感染的重要来源;媒介节肢动物可作为某些病毒的传播媒介。

2．病毒感染的传播方式　病毒感染的传播方式和途径同细菌大体一致，但在某些方面较为特殊，包括水平传播和垂直传播两类，每一类传播方式又包括不同的感染途径。

(1)水平传播　是病毒在人群个体之间的传播，也包括由媒介动物参与的传播。此传播途径主要是经皮肤和黏膜表面感染。水平传播的途径包括:①呼吸道传播，流感病毒、SARS冠状病毒和腮腺炎病毒等，可通过飞沫经呼吸道传播;②消化道传播，甲型肝炎病毒和脊髓灰质炎病毒等可经粪—口途径传播;③血液传播，输入被污染的血液或血液制品，静脉药瘾者共用未消毒的注射器可感染HBV和HIV;④皮肤、黏膜及创伤传播，皮肤黏膜破损或其他创伤发生时，易感染HBV和HIV;⑤虫媒及动物传播，蚊可传播流行性乙型脑炎病毒和登革病毒，犬咬伤可传播狂犬病毒，啮齿动物可传播出血热病毒;⑥性传播，同性恋者、性乱者和有多个性伙伴者是AIDS的高危人群，此外，HBV、单纯疱疹病毒和人乳头瘤病毒等也可经性行为传播;⑦接触传播，如肠道病毒70型可通过直接或间接接触引起急性出血性结膜炎。

(2)垂直传播　通过胎盘、产道及哺乳，病毒直接由亲代传给子代的感染方式称为垂直传播。病毒可通过胎盘传给胎儿或经产道传给新生儿，为病毒感染的特点之一，其他微生物是极少见的。孕妇感染某些病毒后，尤其在妊娠三个月以内时，易经胎盘传给胎儿。现在已知十余种可经垂直传播的病毒，其中以风疹病毒、乙型肝炎病毒、巨细胞病毒及人类免疫缺陷病毒为多见，可引起早产、死胎或先天畸形等。

(三)病毒感染的类型

1．隐性感染　病毒感染宿主后不出现临床症状者称为隐性感染。这可能与入侵病毒的数量少、毒力弱以及机体抵抗力强等因素有关，如脊髓灰质炎病毒、乙型脑炎病毒隐性感染多见。

2．显性感染　病毒侵入宿主易感细胞内大量增殖引起明显的临床症状者称显性感染。根据发病缓急及病毒在体内持续的时间又可分为急性感染和持续性感染。

(1)急性感染　病毒侵入机体潜伏期短、起病急、病情重、病程数日至数周，恢复后宿主体内不再存在病毒，如流感病毒、甲型肝炎病毒等。

(2)持续性感染　病毒在宿主体内持续存在数月、数年甚至终身，但不一定持续增殖和持续引起症状，宿主因长期带病毒而成为重要传染源。根据患者的疾病过程和病毒与宿主的关系，可分为三种类型:①慢性感染，急性或隐性感染后，病毒并未完全清除，仍持续存在于血液或组织中并不断排出体外，病程可长达数月至数年。如乙型肝炎病毒引起的慢性肝炎;②潜伏感染，原发感染后，病毒基因组长期潜伏于一定的组织或细胞中，不增殖，无症状，若干年后在某些条件下(劳累或免疫功能低下等生理或病理性因素影响)病毒被激活发生增殖而引起临床症状，称急性发作，此时病毒才能被检出，如水痘－带状疱疹病毒等;③慢发病毒感染，病毒感染后潜伏期长，可达数年或数十年，一旦出现症状为亚急性进行性加重，直至死亡。如人类免疫缺陷病毒引起的艾滋病和麻疹病毒引起的亚急性硬化性全脑炎等。

(四)病毒感染与肿瘤

肿瘤是一种多步骤多因素作用的疾病，其中病毒是肿瘤发生的重要环境因素之一。目前已明确许多病毒与人类恶性肿瘤的发生有关。这些病毒通过基因整合或通过病毒蛋白诱导等途径，导致细胞恶性转化，并进一步引起肿瘤的发生(表2－9)。

表2－9　与肿瘤发生相关的病毒及相关肿瘤

(五)抗病毒感染免疫

1．非特异性免疫　机体抗病毒的非特异性免疫与其他微生物一样，有较强的防御作用，其中以巨噬细胞、NK细胞和干扰素尤为重要。

(1)巨噬细胞　是机体抗病毒的主要因素之一，当病毒侵入引起局部感染、病毒血症、器官组织感染时可被巨噬细胞吞噬消化而清除，使感染终止。

(2)自然杀伤细胞(natural killer cell，NK细胞)研究发现NK细胞也可杀伤病毒感染的细胞。NK细胞识别靶细胞是非特异的，即对病毒感染的细胞均有杀伤作用。NK细胞是一种不受MHC限制，也不依赖抗体而直接与靶细胞接触后，可从胞质中释放穿孔素而溶解病毒感染的靶细胞。

(3)干扰素(interferon，IFN)是由病毒或干扰素诱生剂刺激细胞产生的一组具有高度活性及多种功能的糖蛋白。淋巴细胞、巨噬细胞及体细胞均可产生干扰素。

干扰素具有种属特异性，即只有人细胞产生的干扰素才能用于人体。根据其不同免疫原性可将人IFN分为α、β和γ三种，其中α、β干扰素性状相似，称为Ⅰ型干扰素，γ干扰素称为Ⅱ型干扰素。α干扰素主要由人白细胞产生，β干扰素主要由人成纤维细胞产生，γ干扰素由T细胞产生。正常情况下，编码IFN的基因受阻抑蛋白所抑制，不能转录产生IFN。当病毒感染或在干扰素诱生剂作用下，使细胞内产生一种特异性因子能与阻抑蛋白结合，而使IFN基因活化，转译出IFN。IFN诱生剂主要是各种病毒、人工合成的双股核酸链，其次还有某些胞内寄生菌、脂多糖等。

干扰素具有广谱抗病毒活性，但一般认为干扰素不直接作用于病毒，而是由受病毒感染的细胞产生后释放出来，再作用于邻近正常细胞膜上的干扰素受体(干扰素受体具有种属特异性)，干扰素与干扰素受体结合使编码抗病毒蛋白的基因活化，继而合成抗病毒蛋白质。抗病毒蛋白质主要作用于病毒mRNA的转录和翻译，从而抑制病毒蛋白质的合成，阻止病毒在机体内扩散，促进病毒性疾病的痊愈。

干扰素的生物学活性有多种:①具有广谱抗病毒作用，主要由α和β干扰素完成，γ型干扰素对病毒感染的恢复和防御再感染起主要作用;②免疫调节作用，γ干扰素能活化NK细胞和细胞毒性T细胞(Tc细胞)，增强其杀伤靶细胞的能力，促进巨噬细胞的吞噬与抗原加工提呈作用，诱发机体免疫应答;③抗肿瘤作用，γ干扰素能调节癌基因的表达，抑制肿瘤细胞分裂增殖。

2．特异性免疫　自然感染病毒或接种疫苗时，病毒的各种结构蛋白以及少数DNA多聚酶具有良好的免疫原性，能诱发机体免疫应答，产生体液免疫和细胞免疫的保护作用。

(1)体液免疫抗病毒作用　宿主感染病毒或接种疫苗后，体内产生特异性抗体，具有保护作用的主要是中和抗体。此种抗体是由病毒衣壳或包膜抗原刺激机体产生，这些抗体与相应病毒抗原结合，可阻止病毒吸附和穿入易感细胞，从而保护宿主细胞免受病毒感染并有效地防止病毒通过血流播散，此作用称为抗体对病毒的中和作用。抗体不能直接灭活病毒，但对限制病毒感染和阻止血液中游离的病毒在宿主体内扩散具有重要作用。病毒与相应抗体结合可经调理作用、促进吞噬、激活补体等使细胞溶解破坏。

中和抗体包括三类免疫球蛋白:IgG、IgM、IgA，其中IgG是主要的抗病毒中和抗体，且能通过胎盘进入胎儿血液循环，使婴儿获得自然被动免疫。IgM抗体不能通过胎盘，若新生儿血中检出IgM抗体可诊断为子宫内感染，尤其是垂直传播的病毒体。由于IgM出现早、消失快，故以患者血清中出现特异性IgM作为新近感染的诊断依据。分泌型IgA(SI-gA)存在于呼吸道和消化道黏膜分泌物中，可有效地防御呼吸道病毒和肠道病毒的侵入。

(2)细胞免疫抗病毒作用　病毒进入宿主细胞内，体液免疫的作用即受到限制，主要依赖细胞毒性T细胞及辅助性T细胞(Th细胞)发挥抗病毒的细胞免疫作用。

细胞毒性T细胞可以与相应受病毒感染的靶细胞特异性结合，释放穿孔素及细胞毒素。穿孔素将靶细胞膜穿出许多小孔，细胞毒素可使靶细胞自身裂解或发生凋亡。

辅助性T细胞包括Th1和Th2。在抗病毒感染细胞免疫中，Th1细胞起重要作用，致敏Th1细胞再次与相应靶细胞特异性结合可释放多种细胞因子，如IL－2、IFN－γ、TNF(肿瘤坏死因子)等，这些因子激活T细胞、巨噬细胞、NK细胞等，共同发挥着抑制病毒复制及清除靶细胞内病毒的作用。

3．抗病毒免疫的持续时间　病毒种类不同，感染后引起的免疫持续时间也不同。有的持续时间较短，如流感病毒属局部感染，不引起病毒血症，且免疫原性不稳定，易发生变异，以至于宿主反复感染。有的长期甚至终身免疫，如麻疹病毒、流行性乙型脑炎病毒等，可引起全身感染并有明显的病毒血症，使宿主免疫系统与病毒抗原广泛接触。且这类病毒免疫原性稳定，抗原结构不易变异，是引起持久性免疫的主要原因。

三、真菌感染

真菌是自然界中数量最大、分布最广的微生物种群，与人类生活及环境卫生关系密切。真菌在宿主体内生长繁殖与宿主机体相互作用的病理过程称为真菌感染。近年来，真菌感染性疾病有增加的现象。真菌的致病力比细菌弱，可以通过多种方式致病，致病性真菌和机会致病性真菌可引起感染并表现出临床症状称为真菌病(mycosis)。

(一)真菌的致病机制

真菌感染同细菌感染一样，需要一定的毒力和致病条件，但多数真菌的致病机制目前尚未完全明了。①侵袭力，新生隐球菌的荚膜具有抗吞噬作用;白假丝酵母菌具有黏附人体细胞的能力，当芽管形成后，其黏附能力还有所加强;荚膜组织胞浆菌的酵母型菌体在巨噬细胞内繁殖并扩散，可累及任何器官;②毒性物质，白假丝酵母菌、黄曲霉菌、烟曲菌的细胞壁糖蛋白有内毒素样活性，可引起休克和化脓性反应，而且黄曲霉菌、烟曲菌还能致多器官的出血和坏死。

(二)真菌感染的类型

1．致病性真菌感染　主要由外源性真菌引起。包括:①浅部真菌感染，主要由致病性强的外源性真菌引起的皮肤、黏膜或皮下组织的感染，多具有较强的传染性。部分真菌具有嗜角质性的特征，侵犯部位仅限于角化的表层，如皮肤癣菌侵犯部位局限在表皮、毛发和指(趾)甲，引起手足癣;角层癣菌侵犯皮肤可引起花斑癣、毛发结节病等，但不引起组织炎症反应。皮下组织感染真菌的特征为腐生性，多以伤口侵入引起皮下组织感染，一般只限于局部，但也可扩散至周围组织，如申克孢子丝菌的感染;②深部真菌感染，由外源致病性真菌侵袭所致的深部组织、内脏以及系统性的全身感染。深部的致病性真菌感染后症状多不明显，并有自愈倾向，如荚膜组织胞浆菌等。但在机体免疫力降低或其他情况下，深部真菌也可在吞噬细胞内繁殖，抑制机体的免疫反应，引起慢性肉芽肿、溃疡和坏死等，严重者可引起死亡，如新生隐球菌病、荚膜组织胞浆菌病等。

2．条件致病性真菌感染　主要为内源性真菌引起。这些真菌的致病性不强，只有在机体抵抗力降低时如肿瘤、免疫缺陷病、免疫抑制剂长期使用者、糖尿病、菌群失调等情况下，可以继发机会性真菌感染。在我国最常见的是白假丝酵母菌，可引起皮肤、黏膜感染，也能进入血液引起内脏乃至中枢神经系统的严重感染。

3．真菌超敏反应性疾病　是指由于吸入或食入某些真菌的菌丝或孢子而引发的各类超敏反应，是临床上超敏反应性疾病的重要组成之一。这些真菌表面具有较强的致敏原，可诱发很强的超敏反应。引起超敏反应的真菌包括曲霉菌、青霉菌、镰刀菌、交链孢菌等，常引起各种类型的超敏反应，如荨麻疹、过敏性鼻炎、支气管哮喘和接触性皮炎等。

4．真菌性中毒　某些真菌可在粮食、油料和饲料中以及发酵的食品上生长并产生有毒的代谢产物，称为真菌毒素(表2－10)。人食入后导致急性或慢性损伤，称为真菌中毒症(mycotoxicosis)。毒素作用的靶器官不同，可分别导致肝、肾、造血器官及中枢神经等的损害。真菌中毒与一般的细菌性或病毒性感染不同，易受到环境条件的影响，不具传染性，一般也不引起流行，有明显地区性和季节性。如节菱孢菌产生3－硝基丙酸引起的霉甘蔗中毒、产毒镰刀菌引起的赤霉病麦中毒等。另外，蘑菇可产生多种毒素，且烹调加工并不能使之破坏，人食入后可引起严重的肝、肾功能损伤，甚至危及生命。

表2－10　常见的真菌毒素

5．真菌毒素与肿瘤

已证实有些真菌毒素与肿瘤有关。研究最多的是黄曲霉毒素。黄曲霉毒素有20多种衍生物，其中毒性和致癌性最强的是黄曲霉毒素B1，小剂量即有致癌作用，若饲料中含0．015×10－6黄曲霉毒素B1即可诱发大鼠肝癌。此外，镰刀菌素C与人类食管癌的发生有关，赭曲霉产生的黄褐毒素、镰刀菌产生的T－2毒素等也可诱发肝、胃、胰等处的肿瘤。

(三)真菌感染的免疫性

抗真菌感染主要依赖机体天然防御功能。屏障结构是最重要的防线。一旦受创破损或因治疗放置导管，真菌均可能侵入。儿童因头皮皮脂腺发育不完善，脂肪酸分泌少，故易患头癣。成人因手、足汗多，且掌跖部缺乏皮脂腺而易患手足癣。抗真菌感染中的获得性免疫则以细胞免疫为主，尤以深部真菌感染时更为重要，体液免疫效力微弱。

第六节　微生物感染的诊断与防治

病原微生物感染能引起人体多种疾病，能够早期、快速、准确地诊断感染性疾病，对于确定病因及指导临床用药起着十分重要的作用。

对感染性疾病的防治包括特异性防治和非特异性防治两个方面，从而达到有效控制疾病的目的。

一、微生物感染的诊断

(一)细菌学诊断

1．标本采集原则　标本的采集与送检过程应遵守以下几项原则:①根据不同疾病以及疾病的不同时期采集不同的标本;②严格无菌操作，避免标本被污染;③尽可能在疾病早期以及抗菌药物使用前采集标本;④尽可能采集病变明显部位的材料。如菌痢患者取其沾有脓血黏液的粪便、肺结核病人取其干酪样痰液等;⑤采集的标本必须尽快送检。送检过程中，除不耐寒冷的脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌等要保暖外，多数菌可冷藏送运。

2．病原菌的检验程序

(1)直接涂片显微镜检查　凡在形态、排列和染色性上具有典型特征的病原菌，可将标本直接涂片后借助于显微镜检查，有助于病原体的初步诊断。不染色标本可观察细菌的动力，例如发现“鱼群样排列”和活泼的穿梭样运动，可初步诊断为霍乱弧菌。具有典型染色性的细菌可经过不同的染色法来鉴定，例如痰液中查见抗酸性细长杆菌，可初步诊断为结核分枝杆菌;脓液标本中发现革兰阳性葡萄串状球菌，可初步诊断为葡萄球菌。

1)显微镜放大法　细菌形体微小，肉眼不能直接看到，须借助显微镜放大后才能观察到。普通光学显微镜最大可被放大1 000倍，适用于观察细菌的动力、大小、形态结构、排列及染色性等。观察动力时，应选用新鲜的幼稚培养物，并注意区别细菌的真正位移运动与布朗运动，常用的方法有压滴法、悬滴法。观察细菌形态结构、染色性时，最好用染色标本。电子显微镜放大倍数可达数十万倍，不仅能看清细菌的外形，也能清晰观察到细菌内部超微结构。电子显微镜标本须在真空干燥的状态下检查，故不能观察活的微生物。此外，在不同情况下可用暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜等观察细菌的形态、结构。

2)染色法　细菌体小呈半透明，经染色后观察较清楚。因细菌多带负电荷，故细菌常用的染色剂是碱性染料，如碱性复红、结晶紫等。染色方法可分为单染色法和复染色法两大类。

·单染色法:只用一种染料染色，如美蓝染色法。此法常用于观察细菌的形态、大小与排列，但不能显示细菌的结构与染色特性。

·复染色法:是用两种或两种以上染色剂进行染色，既能观察细菌的大小、形态与排列，又能鉴别细菌不同的染色性。常用的染色法有两种:

革兰染色法:是丹麦细菌学家革兰(Hans Christian Gram)于1884年创建，至今仍在广泛应用。具体操作步骤为:标本固定后，先用结晶紫初染，再加碘液媒染，使之生成结晶紫－碘复合物，此时不同细菌均被染成深紫色，然后用95%乙醇处理，有些细菌被脱色，有些细菌不能被脱色，最后用稀释复红复染。此法可将细菌分成两大类:不被乙醇脱色仍保留紫色者为革兰阳性菌(G+菌)，被乙醇脱色后复染成红色者为革兰阴性菌(G－菌)。革兰染色法的实际意义是:①鉴别细菌，将细菌分为两大类，便于初步识别细菌，缩小鉴定范围;②选择药物，革兰阳性菌与阴性菌对药物敏感性不同，大多数阳性菌对青霉素、红霉素、头孢菌素等抗生素敏感，而大多数阴性菌对氯霉素、庆大霉素等抗生素敏感，根据细菌染色性可指导临床用药;③分析致病性，大多数革兰阳性菌主要以外毒素致病，而大多数革兰阴性菌主要以内毒素致病，且二者致病机制和临床表现也不相同。

抗酸染色法:本法可鉴别抗酸与非抗酸性细菌。染色方法是将固定的标本经5%石炭酸复红加温染色，再用3%盐酸乙醇脱色，最后用美蓝复染。抗酸性细菌，如结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌等含有分枝菌酸，能和石炭酸复红牢固结合，不被脱色而染成红色;非抗酸性细菌则染成蓝色。

·特殊染色法:细菌的特殊结构如鞭毛、荚膜、芽胞以及细胞壁、异染颗粒等，用上述染色不易着色，必须用特殊染色法才能着色。这些染色可使细菌的特殊结构着色并与菌体染成不同颜色，有利于细菌的观察和鉴别。

(2)细菌的分离培养与鉴定　标本应及时接种于适宜的培养基中进行分离培养，分离培养后根据菌落的大小、形态、颜色、表面性状、透明度和溶血性等对细菌做出初步的识别，同时取单个菌落再次进行革兰染色并镜下观察。结合细菌的菌落特征以及镜下形态特点，选择相关的生化试验进一步确定其菌种、菌型，必要时做血清学试验和动物试验。确定患者所感染的病原菌后，进行药物敏感试验，以指导临床选择有效的药物对患者进行治疗。

(3)生化试验　不同致病菌具有不同的酶系，所以对各种营养基质的分解能力和分解产物亦不一致。通过生物化学方法检测细菌对各种基质的分解能力及代谢产物，从而可以鉴别细菌。这种生化反应测定的方法称为生化试验。常见的生化试验有:

糖发酵试验:不同的细菌所带的酶系统不同，故对各种糖的分解能力及代谢产物也不同。例如大肠埃希菌能分解葡萄糖和乳糖，产生酸类物质和气体;伤寒沙门菌不能分解乳糖，但能分解葡萄糖产酸不产气。产酸可使培养基pH下降，酚红指示剂变成黄色;产气可用小导管收集观察。

VP试验:是检测细菌分解糖并产生乙酰甲基甲醇能力的试验。生成的乙酰甲基甲醇在碱性溶液中被氧化成二乙酰，并能与培养基中含胍基的化合物发生反应生成红色物质，此即VP试验阳性。产气杆菌分解葡萄糖、乳糖能产生乙酰甲基甲醇，VP试验阳，而大肠埃希菌则不能，故VP试验阴性。

甲基红试验:产气杆菌能使分解糖类产生的丙酮酸脱羧生成中性的乙酰甲基甲醇，培养基pH﹥5．4，甲基红指示剂呈桔黄色，为甲基红试验阴性。大肠埃希菌不能转化丙酮酸为中性的乙酰甲基甲醇，培养基pH﹤4．5，甲基红指示剂呈红色，为甲基红试验阴性。

枸橼酸盐利用试验:某些细菌(如产气杆菌)能利用枸橼酸盐作为唯一碳源生长繁殖，使枸橼酸盐培养基变为碱性，指示剂溴麝香草酚蓝由淡绿色变为深蓝色，为枸橼酸盐利用试验阳性;而大肠埃希菌则为阴性。

吲哚试验:是检测细菌分解色氨酸产生吲哚能力的试验。产生的吲哚，当加入吲哚试剂(对二甲基氨基苯甲醛)时，可生成玫瑰吲哚，呈现红色反应，为该试验阳性。大肠埃希菌、变形杆菌、霍乱弧菌为吲哚试验阳性;产气杆菌、伤寒杆菌等为阴性。

硫化氢试验:是检测细菌分解含硫氨基酸(胱氨酸，甲硫氨酸等)产生硫化氢能力的试验。产生的硫化氢与醋酸铅或硫酸亚铁反应生成黑色的硫化铅或硫化亚铁，为硫化氢试验阳性。肖氏沙门菌和鼠伤寒沙门菌、变形杆菌为阳性反应;大肠埃希菌为阴性反应。

尿素酶试验:是检测细菌分解尿素产生氨的试验。产生的氨使培养基变碱，酚红指示剂显示红色，为尿素酶试验阳性;变形杆菌尿素酶试验阳性。

细菌的生化反应常用于鉴别细菌。尤其对形态、革兰染色反应和培养特性非常相似的细菌十分重要。吲哚(I)、甲基红(M)、VP(Vi)、枸橼酸盐利用(C)四种试验常用来鉴别大肠埃希菌和产气杆菌，即IMViC试验，大肠埃希菌结果为“++－－”，而产气杆菌为“－－++”。

(4)血清学试验　采用含有已知特异抗体的免疫血清，不仅可对分离培养出的未知纯种细菌进行鉴定，还可以确定致病菌的种或型。常用的简易方法是玻片凝集试验，在数分钟内就能得出结果。

(5)药物敏感试验　不属于病因诊断范畴，但对指导临床选择用药、及时控制感染有重要意义。方法有纸片法、试管稀释法和E试验等。其中常用的方法是纸片法和试管稀释法。

纸片法:适用于新药的初筛试验(初步判断药物是否有抗菌作用)及临床选择用药的药敏试验。首先将试验菌均匀涂布于琼脂培养基上，制成含菌平板，然后将一定大小含有药物的滤纸片置于平板上，培养后可观察结果。根据抑菌圈直径大小，来判定药物抗菌作用的强弱(抗药、中度敏感、敏感)。

试管稀释法:将液体培养基按一定的倍数在试管中稀释抗菌药物，使药物浓度在一系列试管中呈递减，然后在每管中加入定量的试验菌，经培养后肉眼观察试管混浊情况，以抗菌药物的最高稀释度仍能抑制细菌生长管为标准，该管浓度即为试验菌最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)。再取MIC终点以上未长菌的各管培养液，分别移种于无菌平板上，培养后以平板上无菌生长的对应试管中药物最低浓度为最低杀菌浓度(minimum bactericidal concentration，MBC)。MIC和MBC的值越低，表示细菌对该药物越敏感。

(6)动物试验　主要用于测定菌株毒力，还可用于分离病原菌。但须选择敏感动物，常用实验动物有小鼠、豚鼠和家兔等。将含病原菌极少的标本接种于易感动物体内，非病原菌在动物体内被杀死，而病原菌则在易感动物体内生长繁殖，等动物出现特有的发病症状后立即解剖，较易分离出致病菌。例如取可疑为结核病人的标本接种于豚鼠，感染后可分离出结核杆菌。测试细菌的产毒性，可用豚鼠皮肤检测白喉棒状杆菌是否产生白喉毒素。测定细菌的毒力一般以半数致死量(LD50)和半数感染量(ID50)来表示。

(7)其他检测法　如采用聚合酶链反应(PCR)技术检测病原菌核酸，采用特异毒性噬菌体对病原菌进行鉴定分型等。

3．血清学诊断　用已知病原体抗原检测病人血清或其他体液中未知抗体及其量的变化，可辅助感染性疾病的诊断。由于抗体存在于血清或其他体液中，故此类检测被称为血清学诊断。此法也可用于调查人群对某病原体的免疫水平及检测预防接种效果。血清学诊断试验最好取患者急性期和恢复期双份血清标本，当后者的抗体效价比前者升高≥4倍者方有意义。常用的有凝集试验、补体结合试验、中和试验、乳胶凝集试验和酶联免疫吸附试验(ELISA)。ELISA已成为细菌检验中应用最广泛的免疫检测技术。

(二)病毒学诊断

病毒感染性疾病在人类疾病中十分常见。病毒学检验诊断主要有三个方面:①检测病毒体及其所致宿主细胞的病理改变;②检测病毒蛋白和核酸;③病毒的血清学检测。另外有一些快速的诊断方法，也极大的提高了病毒感染的诊断水平。

1．标本的采集　应根据不同病毒感染、不同病程，采取不同部位的标本。用于分离或检测病毒的标本，应采集病人急性期标本，并注意无菌操作。由于病毒在室温环境下容易灭活，应在采集和运送标本时注意冷藏并尽快送检。对不能立即送检的组织、粪便等标本，应置于含有抗生素的50%甘油盐水中低温保存。

2．病毒的检验

(1)病毒的分离培养　病毒具有严格的活细胞内寄生性，因此分离培养病毒时必须具有易感的活细胞。常用的病毒分离培养的方法有三种。

动物接种:是最原始的病毒培养法，但是现在已经很少用于临床实验室。目前仍然使用的是小白鼠脑内接种对狂犬病病毒和乙型脑炎病毒的分离和鉴定。

鸡胚接种:鸡胚对多种病毒敏感，通常选用孵化9～14 d的鸡胚，按病毒种类不同接种于鸡胚的不同部位，收获后再进行鉴定。①卵黄囊按种，常用于某些嗜神经病毒的分离，鹦鹉热、立克次体等病原体也可通过此途径接种;②羊膜腔接种，常用于流感病毒的初次分离;③尿囊腔接种，常用于培养流感病毒和腮腺炎病毒等，也可用于制备疫苗和大量病毒抗原;④绒毛尿囊膜接种，常用于培养单纯疱疹病毒、天花病毒和痘病毒等。

细胞培养:是目前分离培养病毒最常用的方法。根据病毒的细胞亲嗜性，选择适当的细胞，常用的细胞有人胚肾细胞、人胎盘羊膜细胞、猴肾细胞等。多数病毒增殖后可用光学显微镜直接观察细胞病变效应。根据细胞的来源、染色体特性和传代次数的不同，可以分为三种类型:①原代细胞，原代细胞来源于动物、鸡胚或引产人胚组织细胞(如肾细胞)，对多种病毒敏感性高;②二倍体细胞，原代细胞多次连续传代后仍保持二倍体染色特性，称之为二倍体细胞。这类细胞多为成纤维细胞，人胚肺建立的二倍体成纤维细胞W1－38株是目前常用的细胞株。二倍体细胞常用于病毒的分离和疫苗生产;③传代细胞系:大多由肿瘤细胞或二倍体细胞突变而成，其特点是繁殖快，且易于传代保存。若将这类细胞悬浸于10%二甲基亚砜、甘油或在液氮中可长期存活，使用方便。其缺点是只能用于病毒的分离和鉴定，不能用于疫苗的生产。

(2)病毒的鉴定　病毒在培养细胞中增殖的鉴定指标有细胞病变、红细胞吸附、干扰现象等。

细胞病变:有些病毒在细胞内增殖时可引起特有的细胞病变，称为细胞病变效应。不同种类的病毒感染的细胞不同，引起的细胞病变效应也不一样。如肠道病毒等可使细胞出现溶解，细胞培养瓶中贴壁生长的单层细胞出现空斑;疱疹病毒等可使细胞发生融合形成多核巨细胞等。

红细胞吸附:有些病毒(如流感病毒、副流感病毒)包膜上有血凝素，感染细胞后不出现细胞病变，但能使细胞表面含有病毒的抗原成分(血凝素)，并且能吸附鸡、豚鼠或猴的红细胞，可作为病毒的初步鉴定。

干扰现象:某些病毒之间存在着干扰现象，如某些型别的鼻病毒可以干扰以后进入的副流感病毒的增殖。干扰现象可被相应病毒特异性抗血清所抑制，称为干扰抑制现象。可利用干扰现象对那些不引起细胞病变但能引起血凝和红细胞吸附的病毒进行初步鉴定。

病毒感染性测定及病毒数量测定:在细胞中增殖的病毒，必须进行感染性和数量的测定。常用的方法有蚀斑测定法和50%组织细胞感染量测定法。

3．病毒感染的快速诊断

(1)形态学检查　光学显微镜检查主要观察病毒感染后引起的细胞病变，如包涵体、多核巨细胞病变，以协助诊断某种病毒性疾病;也可用于大型病毒(痘类病毒等)的检查。电子显微镜检查则能观察病毒颗粒的形态、大小以及超微结构。

(2)病毒的抗原检测　用免疫学技术从临床标本中直接检测病毒特异性抗原，简便快速，敏感性和特异性高，可用于许多病毒感染的早期快速诊断，如HBsAg用于HBV感染的诊断。主要的检测方法有免疫荧光技术、酶免疫技术、固相放射免疫技术、发光免疫分析技术、胶体金标记的免疫层析技术等。

(3)早期抗体的检测　检测病毒感染早期出现的特异性的抗体IgM，可以快速明确诊断。它的阳性结果表示病毒的活动性感染或近期感染。

(4)病毒核酸的检测　因为检测病毒的核酸可作出快速诊断，故在诊断中应用越来越广泛，主要的检测方法有聚合酶链反应(PCR)、核酸杂交等。

(三)真菌学诊断

由于病原性真菌形态结构和菌落特殊，尽管检查鉴定方法众多，但临床上仍以形态学检查和分离培养等表型特征为主要鉴定依据。

1．标本采集　浅部真菌感染可取病变部位皮屑、毛发、指(趾)甲屑等标本检查。深部感染真菌的检查可根据病情取痰、脑脊液等标本。

2．直接镜检　皮屑、毛发、指(趾)甲屑等标本可经10% KOH微加温处理，压盖玻片，用显微镜检查，如见到菌丝或成串的孢子可初步诊断为真菌感染。隐球菌感染取脑脊液标本，经离心取沉淀物进行染色镜检。常用的真菌染色法有革兰染色、糖原染色、嗜银染色等。

3．分离培养　当直接镜检不能确定有无真菌感染，或需要确定感染真菌的种类时应考虑做真菌培养。皮肤、毛发标本接种沙保弱培养基上，25～28℃培养数日至数周，观察菌落特征、镜下菌丝和孢子的特征，进行鉴定，必要时做动物试验。若为血标本需先增菌，脑脊液则取沉淀物接种于血平板37℃培养后再进行鉴定。

4．动物实验　常用于分离致病性真菌，确定真菌的致病性、研究药物对真菌的作用等。如皮肤癣菌接种豚鼠，假丝酵母菌接种家兔或小白鼠等。不同的真菌选择不同的接种途径，如假丝酵母菌进行家兔耳静脉接种;隐球菌进行小白鼠颅内或腹腔接种等。待动物发病死亡后，解剖观察试验动物的组织和器官的病理变化，并直接涂片、分离培养、病理组织切片检查。

5．真菌学快速诊断　真菌学快速诊断方法很多，其中血清学试验可用于深部真菌感染的辅助诊断。而应用分子生物学技术测定核酸，从G+Cmol%测定、限制性酶切片段长度多态性分析(Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP)、DNA特殊片段测序等，可以对真菌快速作出鉴定。

二、微生物感染的防治

微生物感染的防治主要包括特异性防治和药物防治。特异性的预防措施主要是人工免疫。以下简单介绍微生物感染的药物防治。

(一)细菌感染性疾病的治疗

细菌性感染的治疗主要应用抗菌药物来控制。抗菌药物包括微生物合成的抗生素、人工合成的磺胺、喹诺酮类化学药物等。其主要作用机制为干扰细菌细胞壁的合成、损伤细菌细胞膜的功能、影响细菌蛋白质的合成以及影响细菌核酸代谢等。在使用抗生素的过程中，应注意细菌的耐药性变异，否则研制新抗生素的速度不及细菌产生耐药性变异的速度，从而造成对某些感染的治疗处于无药可选的尴尬局面。抗菌药物的临床应用应遵循以下原则:

1．选择合适的药物　选择药物应以临床诊断、细菌学诊断和药敏试验为依据，不可滥用，应尽量采用相应窄谱抗菌药，避免应用广谱抗菌药引起二重感染。

2．药物剂量要适当　如果使用药物的剂量过小，不但无治疗作用，而且易使细菌产生耐药性;剂量过大则会带来严重的作用和药物资源的浪费。所以使用药物的剂量要适当，而且疗程要足，如果疗程过短，会引起疾病复发或转为慢性。

3．交替用药　治疗某些慢性细菌性感染，为了避免细菌产生耐药性，应选择不同的抗菌药交替使用。

4．联合用药　合理的联合用药，既可发挥药物协同抗菌作用，提高疗效，又可减少或延迟耐药菌株的出现。

(二)病毒感染性疾病的治疗

目前病毒感染性疾病没有特效药物治疗，因此抗病毒治疗应采取既针对病毒又针对机体的综合措施，即一方面选用抑制病毒复制的药物或制剂，另一方面需提高机体的抗病毒免疫力。

1．干扰素　具有广谱抗病毒作用，常用于某些病毒性疾病的治疗。如用干扰素治疗带状疱疹、疱疹性角膜炎有效。

2．抗病毒的化学药物　化学药物可通过抑制病毒核酸或蛋白合成，抑制病毒脱壳、成熟等步骤来抑制病毒增殖。现已证明可以用于治疗病毒感染的药物有核苷类、蛋白酶抑制剂及其他抗病毒药物(如金刚烷胺等)。

3．抗病毒中草药　据记载具有抗病毒作用的中草药有200余种，如板蓝根、大青叶能抑制多种病毒;苍术、艾叶在组织培养细胞内能抑制腺病毒、鼻病毒、疱疹病毒、流感病毒等;紫草根能抑制麻疹病毒等。其作用机制复杂，有待进一步研究。

4．抗病毒基因治疗　抗病毒的基因治疗现已成为抗病毒的研究热点，并呈现出良好的前景。目前研制的抗病毒基因治疗剂主要有反义核酸和核酶。

(l)反义核酸　是根据病毒基因组序列设计并合成与病毒基因某段序列互补的寡核苷酸，再将其导入病毒感染的细胞中。通过与病毒基因的相应序列互补结合，可抑制病毒的复制。可分为反义DNA和反义RNA。临床第一个批准的反义DNA药物是用于局部治疗巨细胞病毒性视网膜炎的巨细胞病毒反义核酸。

(2)核酶　是一类具有双重作用的RNA分子，其一方面能识别特异的RNA靶序列并与之互补结合;另一方面又具有酶活性，能通过特异性位点切割病毒的靶RNA，从而抑制病毒的复制。但由于核酶是RNA，易被RNA酶破坏，实际应用尚有困难。

(三)真菌感染性疾病的治疗

各种癣症的治疗以外用药为主，可选用抗真菌霜剂或软膏，必要时内服抗真菌药物结合治疗，但较难根治，易复发。深部真菌病的治疗，主要应除去各种诱因，提高机体抵抗力。常用治疗药物有二性霉素、制霉菌素，咪康唑、酮康唑、氟康唑和伊曲康唑等。

小　结

本章主要介绍了微生物的生物学性状，消毒与灭菌的概念及常用方法，微生物的遗传变异及其临床应用，人体的微生态平衡与失调，医院内感染及微生物感染的途径、类型、实验室诊断与防治等微生物学基本知识。微生物的生物学性状包括大小、形态、结构、理化性质、生长代谢等。了解微生物的生物学性状，对鉴别病原体、正确诊断和防治感染性疾病具有十分重要的意义。常用的消毒灭菌方法有物理、化学两种，采用合适的消毒灭菌方法，抑制或杀死环境中的微生物，从而控制感染性疾病的传播。微生物的遗传变异现象可以用于流行病学研究及疾病的诊断与防治。在正常人体表及其与外界相通的腔道内存在有正常菌群，正常菌群与机体形成了动态的微生态平衡，放射线、抗生素等可以破坏平衡而引起微生态失调。感染是指在一定条件下，微生物与机体相互作用并导致不同程度的病理变化的过程。医院内感染是指人体在医院活动期间遭受病原体侵袭而获得的感染，包括内源性感染、外源性感染两大类，控制医院内感染的危险因素是预防和控制医院内感染的有效措施。病原体不同，感染机制、传播方式、感染类型各有其特点。微生物感染的诊断主要依靠实验室检查，包括形态学检查、分离培养、生化试验、动物试验、血清学诊断等。根据引起感染的病原体不同，应合理选用不同的药物进行防治。

(韩忠敏)