1.2.2.1. Đặc điểm chung và đặc điểm nuơi cấy
- Salmonella là trực khuẩn Gram âm, kích thước trung bình từ 2 – 3 x 0,5 – 1 µm, di chuyển bằng tiên mao trừ Salmonella gallimarum và Salmonella pullorum, khơng tạo bào tử, chúng phát triển tốt ở nhiệt độ 60C – 420C, thích hợp nhất ở 350C – 370C, pH từ 6 – 9 và thích hợp nhất ở pH = 7,2. Ở nhiệt độ từ 180C – 400C vi khuẩn cĩ thể sống đến 15 ngày.
- Salmonella là vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, phát triển được trên các mơi trường nuơi cấy thơng thường. Trên mơi trường thích hợp, vi khuẩn sẽ phát triển sau 24 giờ. Cĩ thể mọc trên những mơi trường cĩ chất ức chế chọn lọc như DCA (Deoxycholate Citrate Agar) và XLD (Xylose Lysine Deoxycholate); trong đĩ mơi
trường XLD ít chất ức chế hơn nên thường được dùng để phân lập Salmonella. Khuẩn lạc đặc trưng của Salmonella trên mơi trường này là trịn, lồi, trong suốt, cĩ chấm đen, đơi khi chấm đen lớn bao trùm khuẩn lạc, mơi trường xung quanh chuyển sang màu đỏ.
1.2.2.2. Tính chất sinh hĩa
- Salmonella khơng lên men lactose, lên men đường glucose và sinh hơi. Thường khơng lên men sucrose, salicin và inositol, sử dụng được citrate ở mơi trường Simmons.
- Tuy nhiên khơng phải lồi Salmonella nào cũng cĩ những tính chất trên, các ngoại lệ được xác định là Salmonella typhi lên men đường glucose khơng sinh hơi, khơng sử dụng citrate trong mơi trường Simmon, hầu hết các chủng
Salmonella paratyphi và Salmonella choleraesuis khơng sinh H2S, khoảng 5% các chủng Salmonella sinh độc tố sinh bacteriocin chống lại E.coli, Shigella và ngay cả một số chủng Salmonella khác.
1.2.2.3. Yếu tố độc lực
Vi khuẩn Salmonella cĩ thể tiết ra 2 loại độc tố: Ngoại độc tố và nội độc tố: Nội độc tố của Salmonella rất mạnh gồm 2 loại: Gây xung huyết và mụn loét, độc tố ở ruột gây độc thần kinh, hơn mê, co giật. Ngoại độc tố chỉ phát hiện khi lấy vi khuẩn cĩ độc tính cao cho vào túi colodion rồi đặt vào ổ bụng chuột lang để nuơi, sau 4 ngày lấy ra, rồi lại cấy truyền như vậy từ 5 đến 10 lần, sau cùng đem lọc, nước lọc cĩ khả năng gây bệnh cho động vật thí nghiệm. Ngoại độc tố chỉ hình thành trong điều kiện invivo và nuơi cấy kỵ khí. Ngoại độc tố tác động vào thần kinh và ruột.
Nội độc tố - Endotoxin
Màng ngồi tế bào vi khuẩn gram âm nĩi chung và vi khuẩn Salmonella nĩi riêng, được cấu tạo bởi thành phần cơ bản là Lipopolysaccharide (LPS). LPS cĩ cấu tạo phân tử lớn, gồm 3 vùng riêng biệt với đặc tính và chức năng riêng biệt: Vùng ưa nước, vùng lõi và vùng lipit A. Vùng ưa nước bao gồm một chuỗi Polysaccharide chứa các đơn vị cấu trúc KN O. Vùng lõi cĩ bản chất là acid
Heterooligosaccharide, ở trung tâm nối KN O với vùng lipit A. Vùng lipit A đảm nhận chức năng nội độc tố của vi khuẩn. Cấu trúc nội độc tố gần giống cấu trúc của KN O. Cấu trúc nội độc tố biến đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi độc lực của Salmonella.
Nội độc tố thường là Lipopolysaccharide (LPS) được phĩng ra từ vách tế bào vi khuẩn khi bị dung giải. Trước khi thể hiện độc tính của mình, LPS cần phải liên kết với các yếu tố liên kết tế bào hoặc các receptor bề mặt các tế bào như: Tế bào lâm ba cầu B, lâm ba cầu T, tế bào đại thực bào, tiểu thực bào, tế bào gan, lách. Rất nhiều các cơ quan trong cơ thể chịu sự tác động của nội độc tố LPS: Gan, thận, cơ, hệ tim mạch, hệ tiêu hố, hệ thống miễn dịch; với các biểu hiện bệnh lý: Tắc mạch máu, giảm trương lực cơ thiếu oxy mơ bào, toan huyết, rối loạn tiêu hố, mất tính thèm ăn…Nội độc tố tác động trực tiếp lên hệ thống miễn dịch của cơ thể vật chủ, kích thích hình thành kháng thể. LPS tác động lên các tế bào tiểu cầu, gây sốt nội độc tố, theo cơ chế :
Giải phĩng các chất hoạt động mạnh như: Histamin; Ngưng kết các tiểu cầu động mạch; Đơng vĩn, tắc mạch quản.
LPS làm tăng cường hoạt lực của các men phân giải glucoz, các men phân giải glycogen, làm giảm hoạt lực các men tham gia quá trình tổng hợp glycogen…
Độc tố đường ruột
Về cơ chế miễn dịch và di truyền, các Enterotoxin của Salmonella cĩ quan hệ gần gũi với Choleratoxin, nên được gọi là Choleratoxin like enterotoxin (CT). Cịn về đặc tính sinh học Enterotoxin của Salmonella khơng chỉ giống CT mà cịn giống với Enterotoxin của E.Coli. Độc tố đường ruột của vi khuẩn
Salmonella cĩ hai thành phần chính: Độc tố thẩm xuất nhanh Rapid permeability facto (RPF) và độc tố thẩm xuất chậm Delayed permeability facto (DPF).
RPF giúp Salmonella xâm nhập vào tế bào biểu mơ của ruột, nĩ thực hiện khả năng thẩm xuất sau 1-2 giờ và kéo dài 48 giờ và làm trương các tế bào CHO (Chinese Hamster Ovary cell). Độc tố thẩm xuất nhanh cĩ cấu trúc, thành phần giống với độc tố chịu nhiệt của E.coli, được gọi là độc tố chịu nhiệt của
Salmonella; cĩ khả năng chịu được nhiệt độ 1000C trong 4 giờ, bền vững ở nhiệt độ thấp, cĩ thể bảo quản ở nhiệt độ -20oC. Cấu trúc phân tử gồm một chuỗi polysaccharide và một chuỗi Polypeptide. RPF kích thích co bĩp nhu động ruột, làm tăng sự thẩm thấu thành mạch, phá huỷ tổ chức tế bào biểu mơ ruột, giúp vi khuẩn Salmonella xâm nhập vào tế bào và phát triển tăng nhanh về số lượng. Vi khuẩn tăng cường sản sinh độc tố làm rối loạn cân bằng trao đổi muối, nước và chất điện giải. Quá trình bệnh lý đường ruột và hội chứng tiêu chảy càng thêm phức tạp và nghiêm trọng.
DPF của Salmonella cĩ cấu trúc, thành phần giống độc tố khơng chịu nhiệt của vi khuẩn E.coli, nên được gọi là độc tố khơng chịu nhiệt của Salmonella. Nĩ thực hiện chức năng phản ứng chậm từ 18-24 giờ. DPF bị phá huỷ ở 700C trong vịng 30 phút và ở 560C trong vịng 4 giờ, DPF cĩ cấu trúc gồm 3 chuỗi polypeptid. DPF làm thay đổi quá trình trao đổi nước và chất điện giải, dẫn đến tăng cường bài xuất nước và chất điện giải từ mơ bào vào lịng ruột, cản trở sự hấp thu, gây thối hố lớp tế bào villi của thành ruột, gây tiêu chảy.
Độc tố tế bào
Khi cơ thể người và động vật bị tiêu chảy thì kèm theo hiện tượng mất nước và mất chất điện giải là hiện tượng hàng loạt các tế bào biểu mơ ruột bị phá huỷ hoặc bị tổn thương ở các mức độ khác nhau. Sự phá huỷ hay tổn thương đĩ là do độc tố tế bào của Salmonella gây nên, theo cơ chế chung là: Ức chế tổng hợp protein của tế bào Eukaryotic và làm trương tế bào CHO. Ít nhất cĩ 3 dạng độc tố tế bào:
Dạng thứ nhất: Khơng bền vững với nhiệt và mẫn cảm với trypsin. Dạng này được phát hiện ở rất nhiều serovar Salmonella; cĩ trọng lượng phân tử khoảng từ 56 đến 78 kDa; khơng bị trung hồ bởi kháng thể kháng độc tố Shigella toxin hoặc Shigella - like. Độc tố dạng này tác động theo cơ chế là ức chế tổng hợp protein của tế bào Hela và làm teo tế bào.
Dạng thứ hai: Cĩ nguồn gốc từ protein màng ngồi tế bào vi khuẩn cĩ cấu trúc và chức năng gần giống các dạng độc tố tế bào do Shigella và các chủng
Enterotoxigenic E.coli (ETEC) sản sinh ra. Dạng độc tố này cũng phổ biến ở hầu hết các serovar Salmonella gây bệnh.
Dạng thứ ba: Cĩ trọng lượng phân tử khoảng 62 kDa; cĩ liên hệ với độc tố Hemolysin. Hemolysin liên hệ với các độc tố tế bào cĩ sự khác biệt với các Hemolysin khác về trọng lượng phân tử và phương thức tác động lên tế bào theo cơ chế dung giải các khơng bào nội bào.
1.2.2.4. Cơ chế gây bệnh Thương hàn
Tất cả các kiểu huyết thanh Salmonella đều mang cụm gen inv (invasion) giúp cho quá trình xâm nhiễm của Salmonella vào trong thành ruột của người và động vật, mở đầu của tiến trình gây bệnh. Cụm gen này nằm trong hệ thống gen SPI - 1 (Salmonella pathogenicity island) cĩ mặt trong tất cả các Salmonella, từ nhĩm tiến hố thấp nhất là Salmonellabongori đến nhĩm tiến hố cao nhất là Salmonellaenterica.
Bệnh Thương hàn do Salmonella typhi và Salmonella paratyphi A, B, C gây ra. Các yếu tố độc lực chính của vi khuẩn Thương hàn là khả năng bám và xâm nhập vào tế bào chủ, khả năng nhân lên trong đại thực bào và tiết nội độc tố. Kháng nguyên Vi cĩ mặt ở Salmonellatyphi và Salmonellapararatyphi C là yếu tố độc lực quan trọng, những chủng vi khuẩn gây bệnh Thương hàn khơng cĩ KN Vi thì số lượng cần thiết để gây bệnh cao hơn rất nhiều so với những chủng cĩ kháng nguyên này.
Vi khuẩn xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hĩa do thức ăn hay nước uống bị nhiễm bẩn, số lượng cần thiết để gây bệnh vào khoảng 105 đến 107 vi khuẩn.
Đầu tiên, vi khuẩn Thương hàn phải vượt qua mơi trường axit của dạ dày, mặc dù chúng cĩ khả năng đề kháng với axit nhờ cĩ gen ART (Acid response tolerance), nhưng ở người bình thường, vi khuẩn Thương hàn khơng thể tồn tại lâu, nuơi cấy dịch dạ dày âm tính sau 30 phút. Sau khi vượt qua được rào cản ở dạ dày, vi khuẩn di chuyển xuống ruột non rồi nhân lên ở đĩ, nhưng trong tuần đầu sẽ cĩ một số vi khuẩn đào thải theo phân, cấy phân dương tính trong 5 ngày khơng cĩ nghĩa là bệnh Thương hàn sẽ xảy ra. Từ ruột non, vi khuẩn Thương hàn đi vào hạch mạc treo ruột nhờ tế bào M, một đại thực bào của mảng Peyer.
Sau đĩ theo đường bạch huyết và máu gây nhiễm trùng tồn thân. Sau khoảng một tuần, nhiễm khuẩn huyết thứ phát xuất hiện. Vi khuẩn theo gan qua đường mật lại tiếp tục xâm nhập vào ruột non, tiếp tục nhân lên ở các mảng Peyer. Từ máu, vi khuẩn tới lách và các cơ quan khác. Trong ruột non, vi khuẩn chết và giải phĩng ra nội độc tố. Nội độc tố kích thích dây thần kinh giao cảm ở ruột gây ra hoại tử chảy máu và cĩ thể gây thủng ruột, vị trí gây tổn thương thường nằm ở các mảng Peyer. Đây là biến chứng hay gặp ở các bệnh nhân ăn sớm khi chưa bình phục, nhất là ăn các thức ăn cứng. Nội độc tố theo máu lên hệ thần kinh và kích thích trung tâm thần kinh thực vật ở não thất ba. Giai đoạn tồn phát bệnh, bệnh nhân sốt cao, biểu đồ thân nhiệt tăng lên theo thời gian. Thân nhiệt tăng nhưng mạch khơng tăng gây ra hiện tượng mạch và nhiệt độ phân ly.
Thời kì chưa điều trị bằng kháng sinh, khoảng 1 tuần ủ bệnh, diễn biến điển hình của bệnh Thương hàn trải qua 4 giai đoạn, mỗi giai đoạn khoảng 1 tuần. Tuần thứ nhất thân nhiệt tăng cao, tuần thứ hai thì đau bụng, gan và lách to đồng thời cĩ sự xuất hiện của các đốm hồng trên da, tuần thứ 3 cĩ thể xuất hiện thêm các biến chứng như xuất huyết, thủng ruột, tuần thứ 4 sẽ xuất hiện thêm các biến chứng nguy hiểm dẫn đến tử vong.
Bệnh nhân thường đau đầu, buồn nơn hoặc nơn, chướng bụng, tiêu chảy, khoảng 50% bệnh nhân sờ thấy gan và lá lách dưới sườn. Những trường hợp nặng thường cĩ dấu hiệu ly bì, hơn mê, trụy tim mạch, khơng chữa trị kịp thời cĩ thể dẫn đến tử vong. Những biến chứng khác như viêm phổi cấp, viêm màng não, viêm gan, viêm tủy xương cũng cĩ thể gặp.
Những bệnh nhân qua khỏi cĩ khoảng 5 – 10% vẫn tiếp tục thải vi khuẩn qua phân trong quá trình hồi phục và 1- 4% trở thành người mang vi khuẩn lâu dài do vi khuẩn vẫn tồn tại trong túi mật. Tình trạng này cĩ thể kéo dài đến nhiều năm và họ trở thành nguồn mang bệnh rất nguy hiểm.
1.2.2.5. Cơ chế gây ngộ độc thức ăn do Salmonella
Bệnh thường xảy ra do ăn phải thức ăn bị nhiễm Salmonella, nhưng cũng cĩ thể lây truyền trực tiếp. Căn nguyên thường do vi khuẩn Salmonella enteritidis và
Salmonella typhimurium. Vi khuẩn xâm nhập qua ruột non nhờ các tế bào M của mảng Peyer. Trên bộ gen của Salmonella cĩ các tác nhân gây ức chế các chất kháng khuẩn cĩ trong lysosome, biến đổi tế bào chủ đảm bảo cho sự tồn tại của vi khuẩn, làm cản trở hoạt động nội bào như giảm lượng NADH oxidase rất cần thiết cho việc sản xuất các hợp chất kháng khuẩn. Sự hủy hoại của đại thực bào và các tế bào biểu mơ lân cận, sự chết của vi khuẩn giải phĩng nội độc tố đã gây nên tổn thương cho cơ thể vật chủ và gây ra các triệu chứng.
Thời gian ủ bệnh trung bình từ 10 – 48 giờ. Sau thời gian ủ bệnh, người nhiễm thường cĩ biểu hiện như sốt, nơn, đau bụng và tiêu chảy. Mức độ sốt khác nhau tùy vào thể trạng từng người, tiêu chảy phân thường khơng cĩ máu. Ở người lớn thường chỉ dẫn đến tình trạng rối loạn đường tiêu hĩa, nhưng ở trẻ sơ sinh thường gây ra nhiễm trùng rất nặng, cĩ thể dẫn đến tình trạng nhiễm khuẩn huyết, viêm màng não và viêm xương. Ở những người khỏe mạnh, nhiễm trùng do nhiễm độc thức ăn thường tự khỏi sau 2- 5 ngày.