[分享]医学微生物（连载）

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微生物（microorganism）是存在于自然界的一大群体形微小、结构简单、肉眼直接看不见，必须籍助光学显微镜或电子显微镜放大数百倍、数千倍，甚至数万倍才能观察到的微小生物。
微生物的种类与分布   微生物的种类繁多，在数十万种以上。按其大小、结构、组成等，可分为三大类。
1．非细胞型微生物 是最小的一类微生物。无典型的细胞结构，无产生能量的酶系统，只能在活细胞内生长增殖。核酸类型为DNA或RNA，两者不同时存在。病毒属之。
2．原核细胞型微生物 这类微生物的原始核呈环状裸DNA团块结构，无核膜、核仁。细胞器很不完善，只有核糖体。DNA和RNA同时存在。这类微生物众多，有细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体和放线菌。后五类的结构和组成与细菌接近，故从分类学观点，将它们列入广义的细菌范畴。
3．真核细胞型微生物 细胞核分化程度高，有核膜和核仁。细胞器完整。真菌属此类。
微生物在自然界的分布极为广泛。江河、湖泊、海洋、土壤、矿层、空气等都有数量不等，种类不一的微生物存在。其中以土壤中的微生物最多，例如1g肥沃土壤可有几亿到几十亿个。在人类、动物和植物的体表，以及与外界相通的人类和动物的呼吸道、消化道等腔道中，亦有大量的微生物存在。
细菌（bacterium）是属原核生物界（prokaryotae）的一种单细胞微生物，有广义和狭义两种范畴。广义上泛指各类原核细胞型微生物，包括细菌、放线菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体。狭义上则专指其中数量最大、种类最多、具有典型代表性的细菌，是本章讨论的对象。它们形体微小，结构简单，具有细胞壁和原始核质，无核仁和核膜，除核糖体外无其他细胞器。

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《医学微生物》暂时刊登至此，上传此文章的目的主要是：希望年轻的水产工作者要重视微生物学，特别是细菌与水产动物之间的密切关系，不断掌握新知识，与利洋科技共进步！

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细菌的遗传与变异遗传与变异是所有生物的共同生命特征。细菌亦是一种生物，其形态结构、生理代谢、致病性、耐药性、抗原性等性状都是由细菌的遗传物质所决定。遗传（heredity）使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存。另者在一定条件下，若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称变异（variation）。变异可使细菌产生新变种,变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以发展与进化。细菌的变异分为遗传性与非遗传性变异，前者是细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或基因转移与重组等，故又称基因型变异；后者是细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。基因型变异常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定的遗传给后代。相反，表型变异易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。 细菌的变异现象一 、 形态结构的变异细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境条件的影响也可发生变异。如鼠疫耶尔森菌在陈旧的培养物或含30g/L NaCl的培养基上，形态可从典型的两极浓染的椭圆形小杆菌变为多形态性，如球形、酵母样形、亚铃形等。又如许多细菌在青霉素、免疫血清、补体和溶菌酶等因素影响下，细胞壁合成受阻，成为细胞壁缺陷型细菌（细菌L型变异），L型的革兰染色多为阴性，呈球形、长丝状或多形态性，在含血清的高渗低琼脂培养基（含20％血清、5％NaCl、0.8%琼脂）上能缓慢生长，形成中央厚而四周薄的荷包蛋样小菌落。细菌的一些特殊结构，如荚膜、芽胞、鞭毛等也可发生变异。肺炎链球菌在机体内或在含有血清的培养基中初分离时可形成荚膜，致病性强，经传代培养后荚膜逐渐消失，致病性也随之减弱。将有芽胞的炭疽芽胞杆菌在42℃培养10～20d后，可失去形成芽胞的能力，同时毒力也会相应减弱。将有鞭毛的普通变形杆菌点种在琼脂平板上，由于鞭毛的动力使细菌在平板上弥散生长，称迁徙现象，菌落形似薄膜（德语hauch意为薄膜），故称H菌落。若将此菌点种在含1％石炭酸的培养基上，细菌失去鞭毛，只能在点种处形成不向外扩展的单个菌落，称为O菌落（德语Ohne hauch意为无薄膜）通常将失去鞭毛的变异称为H－O变异，此变异是可逆的。二．  毒力变异细菌的毒力变异包括毒力的增强和减弱。无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当它感染了β－棒状杆菌噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。如卡－介（Calmette-Guerin）二氏曾将有毒的牛分枝杆菌在含有胆汁的甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，终于获得了一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株，即卡介苗(BCG)。三 、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。从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势。金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14％上升至目前的80％以上。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin resistant Staphylococcus aureus,MRSA）逐年上升，我国于1980年前仅为5％，1985年上升至24％，1992年以后达70%。耐青霉素的肺炎链球菌也达50％以上，1998年首次报道粪肠球菌耐万古霉素。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性（multiple resistance），甚至还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如痢疾志贺菌赖链霉素株，离开链霉素则不能生长。细菌的耐药性变异给临床治疗带来很大的麻烦，并成为当今医学上的重要问题。四 、 菌落变异细菌的菌落主要有光滑（smooth ,S）型和粗糙 (rough,R) 型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。细菌经人工培养多次传代后菌落表面变为粗糙、干燥、边缘不整，即从光滑型变为粗糙型，称为S－R变异。   S－R变异常见于肠道杆菌，该型变异是由于失去LPS的特异性寡糖重复单位而引起的。变异时不仅菌落的特征发生改变，而且细菌的理化性状、抗原性、代谢酶活性及毒力等也发生改变。一般而言，S型菌的致病性强。但有少数细菌是R型菌的致病性强，如结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌和鼠疫耶尔森菌等。这在从标本中分离致病菌时，对如何挑选菌落具有实际意义。革兰阴性菌如果失去细胞壁上的LPS，则细菌将失去特异性O抗原，出现抗原性的改变。如宋内志贺菌具有两个变异相，Ⅰ相为S型菌落，多从急性痢疾患者中分离到；而Ⅱ相为R型菌落，常由慢性患者或带菌者体内分离出。

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细菌的人工培养    了解细菌的生理需要，掌握细菌生长繁殖的规律，可用人工方法提供细菌所需要的条件来培养细菌 ，以满足不同的需求。一、  培养细菌的方法    人工培养细菌，除需要提供充足的营养物质使细菌获得生长繁殖所需要的原料和能量外，尚要有适宜的环境条件，如酸碱度、渗透压、温度和必要的气体等。     根据不同标本及不同培养目的，可选用不同的接种和培养方法。常用的有细菌的分离培养和纯培养两种方法。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。多数细菌在代谢过程中需要CO2，但分解糖类时产生的CO2已足够其所需，且空气中还有微量CO2，不必额外补充。只有少数菌如布鲁菌、脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌等，初次分离培养时必须在5%～10% CO2环境中才能生长。病原菌的人工培养一般采用35～37℃，培养时间多数为18～24 h，但有时需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。二、  培养基    培养基（culture  medium）是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。培养基一般pH为7.2～7.6，少数的细菌按生长要求调整pH偏酸或偏碱。许多细菌在代谢过程中分解糖类产酸，故常在培养基中加入缓冲剂，以保持稳定的pH。培养基制成后必须经灭菌处理。    培养基按其营养组成和用途不同，分为以下几类：    基础培养基   基础培养基（basic  medium）含有多数细菌生长繁殖所需的基本营养成分。它是配制特殊培养基的基础，也可作为一般培养基用。如营养肉汤（nutrient  broth）、营养琼脂（nutrient  agar）、蛋白胨水等。    增菌培养基   若了解某种细菌的特殊营养要求，可配制出适合这种细菌而不适合其他细菌生长的增菌培养基（enrichment  medium）。在这种培养基上生长的是营养要求相同的细菌群。它包括通用增菌培养基和专用增菌培养基，前者为基础培养基中添加合适的生长因子或微量元素等，以促使某些特殊细菌生长繁殖，例如链球菌、肺炎链球菌需在含血液或血清的培养基中生长；后者又称为选择性增菌培养基，即除固有的营养成分外，再添加特殊抑制剂，有利于目的菌的生长繁殖，如碱性蛋白胨水用于霍乱弧菌的增菌培养。    选择培养基   在培养基中加入某种化学物质，使之抑制某些细菌生长，而有利于另一些细菌生长，从而将后者从混杂的标本中分离出来，这种培养基称为选择培养基（selective  medium）。例如培养肠道致病菌的SS琼脂，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，因而使致病的沙门菌和志贺菌容易分离到。若在培养基中加入抗生素，也可起到选择作用。实际上有些选择培养基、增菌培养基之间的界限并不十分严格。    鉴别培养基   用于培养和区分不同细菌种类的培养基称为鉴别培养基（differential  medium）。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如何，从而鉴别细菌。如常用的糖发酵管、三糖铁培养基、伊红-美蓝琼脂等。   厌氧培养基   专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用的培养基，称为厌氧培养基（anaerobic  medium）。这种培养基营养成分丰富，含有特殊生长因子，氧化还原电势低，并加入美蓝作为氧化还原指示剂。其中心、脑浸液和肝块、肉渣含有不饱和脂肪酸，能吸收培养基中的氧；硫乙醇酸盐和半胱氨酸是较强的还原剂；维生素K1、氯化血红素可以促进某些类杆菌的生长。常用的有庖肉培养基（cooked  meat  medium ）、硫乙醇酸盐肉汤等，并在液体培养基表面加入凡士林或液体石蜡以隔绝空气。此外，还可根据对培养基成分了解的程度将其分为两大类：化学成分确定的培养基（defined  medium），又称为合成培养基（synthetic  medium）；和化学成分不确定的培养基（undefined  medium），又称天然培养基（complex  medium）。也可根据培养基的物理状态的不同分为液体、固体和半固体 三大类。在液体培养基中加入1.5%的琼脂粉，即凝固成固体培养基；琼脂粉含量在0.3%～0.5%时，则为半固体培养基。琼脂在培养基中起赋形剂作用，不具营养意义。液体培养基可用于大量繁殖细菌，但必须种入纯种细菌；固体培养基常用于细菌的分离和纯化；半固体培养基则用于观察细菌的动力和短期保存细菌。三、细菌在培养基中的生长情况    在液体培养基中生长情况   大多数细菌在液体培养基生长繁殖后呈现均匀混浊状态；少数链状的细菌则呈沉淀生长；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。    在固体培养基中生长情况   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，单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团，称为菌落（colony）。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（pure  culture）。这是从临床标本中检查鉴定细菌很重要的第一步。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。此外，取一定量的液体标本或培养液均匀接种于琼脂平板上，可计数菌落，推算标本中的活菌数。这种菌落计数法常用于检测自来水、饮料、污水和临床标本的活菌含量。    细菌的菌落一般分为三型：    1.光滑型菌落（smooth  colony，S型菌落）   新分离的细菌大多呈光滑型菌落，表面光滑、湿润、边缘整齐。    2.粗糙型菌落（rough  colony，R型菌落）   菌落表面粗糙、干燥、呈皱纹或颗粒状，边缘大多不整齐。R型细菌多由S型细菌变异失去菌体表面多糖或蛋白质形成。R型细菌抗原不完整，毒力和抗吞噬能力都比S型菌弱。但也有少数细菌新分离的毒力株就是R型，如炭疽芽胞杆菌、结核分枝杆菌等。    3.粘液型菌落（mucoid  colony，M型菌落）   粘稠、有光泽，似水珠样。多见于有厚荚膜或丰富粘液层的细菌，如肺炎克雷伯菌等。    在半固体培养基中生长情况   半固体培养基粘度低，有鞭毛的细菌在其中仍可自由游动，沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长。无鞭毛细菌只能沿穿刺线呈明显的线状生长。四．人工培养细菌的用途    在医学中的应用   细菌培养对疾病的诊断、预防、治疗和科学研究都具有重要的作用。    1.感染性疾病的病原学诊断   明确感染性疾病的病原菌必须取病人有关标本进行细菌分离培养、鉴定和药物敏感试验，其结果可指导临床用药。    2.细菌学的研究   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。    在工农业生产中的应用   细菌培养和发酵过程中多种代谢产物在工农业生产中有广泛用途，可制成抗生素、维生素、氨基酸、有机溶剂、酒、酱油、味精等产品。细菌培养物还可生产酶制剂，处理废水和垃圾，制造菌肥和农药等。在基因工程中的应用   将带有外源性基因的重组DNA转化给受体菌，使其在菌体内能获得表达。细菌操作方便，容易培养，繁殖快，基因表达产物易于提取纯化，故可以大大地降低成本。如应用基因工程技术已成功地制备了胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等。

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第三节    宿主的免疫防御机制    人体内存在着较完善的免疫系统。该系统由免疫器官（骨髓、胸腺、脾、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾和粘膜免疫系统等）、免疫细胞（淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、血小板等），以及免疫分子（补体，免疫球蛋白、细胞因子等）组成。在感染免疫过程中，各免疫器官、组织、细胞和免疫分子间互相协作、互相制约、密切配合，共同完成复杂的免疫防御功能。    致病菌侵入人体后，首先遇到的是天然免疫功能的抵御。一般经7～10天后，产生了获得性免疫；然后两者配合，共同杀灭致病菌。一、天然免疫    天然免疫（innate immunity）是人类在长期的种系发育和进化过程中，逐渐建立起来的一系列防御致病菌等抗原的功能。其特点是：①作用范围比较广泛，不是针对某一特定致病菌，故也称非特异性免疫（nonspecific immunity）；②同种系不同个体都有，代代遗传，较为稳定；③个体出生时就具备、应答迅速，担负“第一道防线”作用；④再次接触相同致病菌，其功能不会增减。    天然免疫主要由组织屏障和某些免疫细胞、免疫分子等组成。    屏障结构    1．皮肤与粘膜    （1）机械性阻挡与排除作用：人体与外界环境接触的表面，复盖着一层完整的皮肤和粘膜结构。皮肤由多层扁平细胞组成，能阻挡致病菌的穿透，只有当皮肤损伤时细菌才能侵入。粘膜仅有单层柱状细胞，其机械性防御作用不如皮肤，但粘膜有多种附件和分泌液。例如呼吸道粘膜上皮细胞的纤毛运动，口腔唾液的吞咽和肠蠕动等，可将停留的致病菌排出体外。当机体受寒冷或有害气体等刺激，粘膜屏障有缺损时，就易患气管炎、支气管炎和肺炎等疾患。    （2）分泌杀菌物质：皮肤和粘膜分泌多种杀菌物质。例如皮肤的汗腺分泌乳酸使汗液呈酸性（pH5.2～5.8），不利于细菌的生长。皮脂腺分泌的脂肪酸，有杀细菌和真菌作用。不同部位的粘膜能分泌溶菌酶、胃酸、蛋白酶等多种杀菌物质。    （3）正常菌群的拮抗作用：例如口腔中唾液链球菌产生的H2O2，能杀死脑膜炎奈瑟菌和白喉棒状杆菌；肠道中大肠埃希菌的大肠菌素（colicin）和酸性产物，能抑制志贺菌、金黄色葡萄球菌、白假丝酵母菌等；咽喉部甲型溶血性链球菌能抑制肺炎链球菌的生长等。    2．血脑屏障 一般认为血脑屏障由软脑膜、脉络丛、脑血管和星状胶质细胞等组成。主要藉脑毛细血管内皮细胞层的紧密连接和微弱的吞饮作用来阻挡细菌、病毒等微生物及其毒性产物从血流进入脑组织或脑脊液，以此保护中枢神经系统。婴幼儿的血脑屏障发育尚未完善，故易发生脑膜炎、脑炎等病症。    3．胎盘屏障  由母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿绒毛膜组成。正常情况下，母体感染时的病原体及其有害产物不能通过胎盘屏障进入胎儿。但若在妊娠3个月内，因胎盘屏障尚不完善，母体中的病原体有可能经胎盘侵犯胎儿，干扰其正常发育，造成畸形甚至死亡。药物影响亦然。因此，在怀孕期间尤其是早期，应尽量防止发生感染并尽可能不用或少用副作用大的药物。    吞噬细胞  人类吞噬细胞分大、小两类。小吞噬细胞是外周血中的中性粒细胞，大吞噬细胞是血中的单核细胞和各种组织中的巨噬细胞。中性粒细胞在血流中仅存留10h左右后即进入组织，其活动期不长，一般寿命仅1～3d。单核细胞在血流中存留2～3d后进入组织，在组织中进一步分化发育成为游离或固定的巨噬细胞。在不同组织器官中的巨噬细胞常有不同名称，例如在肝内称枯否细胞，肺内称尘细胞，结缔组织内称组织细胞等。血液的单核细胞和组织中的各种巨噬细胞构成单核吞噬细胞系统（mononuclear phagocyte system）。    当致病菌侵入皮肤或粘膜到达体内组织后，中性粒细胞首先从毛细血管中逸出，聚集到致病菌所在部位，多数情况下，致病菌被吞噬消灭。若不被杀死则经淋巴管到附近淋巴结，在淋巴结内的吞噬细胞进一步将之吞噬杀死。淋巴结的这种过滤作用在机体免疫防御功能上占重要地位，一般只有毒力强、数量多的致病菌才有可能不被完全阻挡而侵入血流或其他器官，然后再由血液、肝、脾或骨髓等处的吞噬细胞继续进行吞噬杀灭。    2．吞噬作用的后果  致病菌被吞噬细胞吞噬后，其后果随细菌种类、毒力和人体免疫力不同而异。化脓性球菌被吞噬后，一般在5～10min死亡，30～60min被破坏，此为完全吞噬。结核分枝杆菌、布鲁菌、伤寒沙门菌、军团菌等胞内寄生菌，在免疫力缺乏或低下的机体中，虽被吞噬却未被杀死，是为不完全吞噬。不完全吞噬可使这些致病菌在吞噬细胞内得到保护，免受机体体液中非特异抗菌物质、特异抗体或抗菌药物等的作用。有的致病菌甚至能在吞噬细胞内生长繁殖，导致吞噬细胞死亡，或随游走的带菌吞噬细胞经淋巴液或血液扩散到人体其他部位，造成广泛病变。此外，吞噬细胞在吞噬过程中，溶酶体释放出的多种水解酶也能破坏邻近的正常组织细胞，造成组织的免疫病理性损伤。    临床上有一种慢性肉芽肿病（chronic granulomatous disease,CGD），多见于男孩，是伴性遗传疾患。该病主要是吞噬细胞的吞噬力正常而杀菌力缺陷或低下，因而反复感染。常见的病菌有葡萄球菌、大肠埃希菌、变形杆菌、沙雷菌和真菌等。其机制是这些菌都有过氧化氢酶，但缺乏氧化酶，其MPO形成就少，故MPO的杀菌力大为降低。CGD中的感染菌很少是肺炎链球菌或Ａ群链球菌，原因是这些菌能产生H2O2，以补偿病人吞噬细胞内H2O2的不足。致使MPO形成未减少，其杀菌功能不受影响。临床上可用氮蓝四唑（nitroblue tetra　zolium,NBT）试验来测患者中性粒细胞的吞噬杀伤功能，以协助诊断CGD。    体液因素  正常体液和组织中含有多种杀伤或抑制致病菌的物质，主要有：    1．补体  是正常血清中的一组蛋白质，由巨噬细胞、肠上皮细胞、肝和脾细胞等产生。补体的经典途径由抗原抗体复合物激发。旁路途径可由革兰阴性菌内毒素、酵母多糖、聚合IgG、IgA等活化。补体系统激活后产生的多种生物活性产物，可导致趋化、粘连、促进吞噬、引发炎症等反应，有增强抗感染作用。     由于补体旁路途径的活化在特异性抗体形成之前就发挥防御作用，故是一种重要的抗某些致病菌感染的天然免疫机制。    2．溶菌酶  溶菌酶（lysozyme）主要来源于吞噬细胞，广泛分布于血清、唾液、泪液、鼻涕等中。作用于革兰阳性菌的胞壁肽聚糖，使之裂解而溶菌。因革兰阴性菌的肽聚糖外尚有脂蛋白等层包围，若同时存在有相应抗体等，则溶菌酶也可破坏革兰阴性菌。否则，单独溶菌酶对革兰阴性菌无效。    3．防御素  防御素主要存在于中性粒细胞的嗜天青颗粒中，人的肠细胞中亦有。是一类富含精氨酸的小分子多肽，目前已发现人防御素有4种（HNP1～4）。防御素主要杀胞外菌，但HNP1～3对偶发分枝杆菌和鸟-胞内分枝杆菌等胞内菌亦有一定杀伤作用。防御素的杀菌机制有3个阶段：①防御素分子被敏感菌细胞膜表面的静电吸引，使两者接触；②在电势影响下，单体或双体的防御素分子可进入带电的菌细胞膜，破坏其完整性，形成受电势调节的孔洞；③细菌细胞膜发生不可逆损伤，胞内外物质交换失控，细菌死亡。    正常体液中尚有乙型溶素、吞噬细胞杀菌素、组蛋白、白细胞素、乳素、正常调理素等杀菌或抑菌物质。二、获得性免疫机制    获得性免疫（acquired immunity）是个体出生后，在生活过程中与致病菌及其毒性代谢产物等抗原分子接触后产生的一系列免疫防御功能。其特点是：①针对性强，只对引发免疫力的相同抗原有作用，对它种抗原无效，故也称特异性免疫（specific immunity）;②不能遗传给后代，需个体自身接触抗原后形成，因此产生获得性免疫需一定时间，一般是10～14天d；③再次接触相同抗原，其免疫强度可增加。    获得性免疫包括体液免疫和细胞免疫两大类。体液免疫是指由特异抗体起主要作用的免疫应答。当机体B细胞受某些致病菌和（或）其毒性产物刺激后，一般在巨噬细胞、CD4 Th2细胞辅助下，分化、增殖为浆细胞。随抗原性质、进入途径、应答过程等不同，浆细胞可合成和分泌IgG、IgM、IgA、IgD和IgE五类免疫球蛋白抗体。根据它们在抗菌免疫中的作用，可分为抗菌抗体（调理素）和抗外毒素抗体（抗毒素）。    细胞免疫是以T细胞为主的免疫应答。当T细胞与某些致病菌接触后，分化增殖为致敏或免疫T细胞。其中主要是CD4 Th1细胞和细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell,CTL,Tc）。CD4 Th1细胞产生系列细胞因子，能活化巨噬细胞、引发速发型超敏反应和激活CTL等。    根据致病菌与宿主细胞的关系，可分为胞外菌（extracellular bacteria）和胞内菌（intracellular bacteria）。胞外菌寄居在宿主细胞外的组织间隙和血液、淋巴液、组织液等体液中。胞内菌又分兼性（facultative）和专性（obligate）两类，兼性胞内菌在宿主体内，主要寄居在细胞内生长繁殖；在体外，亦可在无活细胞的适宜环境中生存和繁殖。专性胞内菌则不论在宿主体内或体外，都只能在活细胞内生长繁殖。第四节  感染的发生与发展一、感染的来源    感染来源于宿主体外的称外源性感染（exogenous infection）;若来自患者自身体内或体表的称为内源性感染（endogenous infection）。    外源性感染    1．病人  大多数人类感染是通过人与人之间的传播。病人在疾病潜伏期一直到病后一段恢复期内，都有可能将致病菌传播给周围他人。对患者及早作出诊断并采取防治措施，是控制和消灭传染病的根本措施之一。    2．带菌者  有些健康人携带有某种致病菌但不产生临床症状，也有些传染病患者恢复后在一段时间内仍继续排菌。这些健康带菌者和恢复期带菌者是很重要的传染源，因其不出现临床症状，不易被人们察觉，故危害性甚于病人。脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌常有健康带菌者，伤寒沙门菌、志贺菌等可有恢复期带菌者。    3．病畜和带菌动物  有些细菌是人畜共患病的致病菌，因而病畜或带菌动物的致病菌也可传播给人类。例如鼠疫耶菌、炭疽杆菌、布鲁菌、牛分枝杆菌，以及引起食物中毒的沙门菌等。    内源性感染  这类感染的致病菌大多是体内的正常菌群，少数是以隐伏状态存在于体内的致病菌。正常菌群在特定条件下成为条件性致病菌后再致病。二、传播方式与途径    呼吸道感染  致病菌从病人或带菌者的痰液、唾沫等散布到周围空气中，经呼吸道途径感染他人。例如咳嗽、喷嚏、大声说话时喷出的飞沫，含有大量细菌。此外，亦可通过吸入沾有病菌的尘埃而引起。呼吸道感染的疾病有肺结核、白喉、百日咳、军团病等。    消化道感染  伤寒、菌痢、霍乱、食物中毒等胃肠道传染病，大多是摄入粪污染的饮食物所致。水、手指和苍蝇等昆虫是消化道传染病传播的重要媒介。    创伤感染  皮肤、粘膜的细小破损，致病性葡萄球菌、链球菌等常可侵入引起化脓性感染。泥土、人类和动物粪便中，可有破伤风梭菌、产气荚膜梭菌等芽胞存在。这些芽胞若进入深部伤口，微环境适宜时就会发芽、繁殖，产生外毒素而致病。    接触感染  淋病奈瑟菌、苍白密螺旋体、麻风分枝杆菌、钩端螺旋体等，可通过人-人或动物-人的密切接触而感染。其方式可为直接接触，或通过用具等间接受染。    节肢动物叮咬感染  有些传染病是通过吸血昆虫传播的。例如人类鼠疫由鼠蚕传播，恙虫病由恙螨幼虫传播等。    多途径感染  有些致病菌的传播可有呼吸道、消化道、皮肤创伤等多种途径。例如结核分枝杆菌、炭疽芽胞杆菌等。三、感染的类型    感染的发生、发展和结局是宿主体和致病菌相互作用的复杂过程。根据两者力量对比，感染类型可以出现不感染、隐性感染（inapparent infection）、潜伏感染（latent infection）、显性感染（apparent infection）和带菌状态（carrier state）等不同临床表现。这几种类型并非一成不变，随着两方力量的增减，可以移行、转化或交替出现的动态变化。    不感染  当宿主体具有高度免疫力，或侵入的致病菌毒力很弱或数量不足，或侵入的部位不适宜。则病菌迅速被机体的免疫系统消灭，不发生感染。    隐性感染  当宿主体的抗感染免疫力较强，或侵入的病菌数量不多、毒力较弱，感染后对机体损害较轻，不出现或出现不明显的临床症状，是为隐性感染，或称亚临床感染（subclinical infection）。隐性感染后，机体常可获得足够的特异免疫力，能抗御相同致病菌的再次感染。在每次传染病流行中，隐性感染者一般约占人群的90%或更多。结核、白喉、伤寒等常有隐性感染。    潜伏感染  当宿主体与致病菌在相互作用过程中暂时处于平衡状态时，病菌潜伏在病灶内或某些特殊组织中，一般不出现在血液、分泌物或排泄物中。一旦机体免疫力下降，则潜伏的致病菌大量繁殖，使病复发。例如结核分枝杆菌有潜伏感染。最典型的潜伏感染病原体是单纯疱疹病毒和水痘-带状疱疹病毒。    显性感染  当宿主体抗感染的免疫力较弱，或侵入的致病菌数量较多、毒力较强，以致机体的组织细胞受到不同程度的损害，生理功能也发生改变，并出现一系列的临床症状和体征，是为显性感染，通称传染病。由于每一病例的宿主体抗病能力和病菌毒力等存在着差异，因此，显性感染又有轻、重、缓、急等不同模式。    临床上按病情缓急不同，分为：    1．急性感染（acute infection） 发作突然，病程较短，一般是数日至数周。病愈后，致病菌从宿主体内消失。急性感染的致病菌有脑膜炎奈瑟菌、霍乱弧菌、肠产毒素型大肠埃希菌等。    2．慢性感染（chronic infection） 病程缓慢，常持续数月至数年。胞内菌往往引起慢性感染，例如结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌。    临床上按感染的部位不同，分为：    1．局部感染（local infection） 致病菌侵入宿主体后，局限在一定部位生长繁殖引起病变的一种感染类型。例如化脓性球菌所致的疖、痈等。    2．全身感染（generalized infection； systemic infection） 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性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）：致病菌侵入宿主体后，只在机体局部生长繁殖，病菌不进入血循环，但其产生的外毒素入血。外毒素经血到达易感的组织和细胞，引起特殊的毒性症状。例如白喉、破伤风等。    （2）内毒素血症（endotoxemia）:革兰阴性菌侵入血流，并在其中大量繁殖、崩解后释放出大量内毒素；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。在严重革兰阴性菌感染时，常发生内毒素血症。    （3）菌血症（bacteremia）：致病菌由局部侵入血流，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。例如伤寒早期有菌血症期。    （4）败血症（septicemia）：致病菌侵入血流后，在其中大量繁殖并产生毒性产物，引起全身性中毒症状，例如高热、皮肤和粘膜瘀斑、肝脾肿大等。鼠疫耶氏菌、炭疽芽胞杆菌等可引起败血症。    （5）脓毒血症（pyemia）：指化脓性病菌侵入血流后，在其中大量繁殖，并通过血流扩散至宿主体的其他组织或器官，产生新的化脓性病灶。例如金黄色葡萄球菌的脓毒血症，常导致多发性肝脓肿、皮下脓肿和肾脓肿等。    带菌状态  有时致病菌在显性或隐性感染后并未立即消失，在体内继续留存一定时间，与机体免疫力处于相对平衡状态，是为带菌状态，该宿主称为带菌者（carrier）。例如伤寒、白喉等病后常可出现带菌状态。带菌者经常会间歇排出病菌，成为重要的传染源之一。四、环境因素对感染的影响    感染的轻重除取决于致病菌和宿主体两方外，自然因素和社会因素对感染的发生、发展亦有明显影响。    自然因素包括气候、季节、温度、湿度和地理条件等诸方面。例如季节不同，流行的传染病种类就不同。冬季易发生呼吸系统传染病，因寒冷能降低呼 吸道粘膜的抵抗力。同时，室内活动较多，门窗经常关闭，空气流动少，也增加与致病菌接触的机会。夏季易发生消化系统传染病，乃因天热需大量饮水，将胃酸稀释，使其杀菌效率降低。又夏季气温高，利于苍蝇等昆虫孳生，增多传播机会。有些传染病有地区性，例如原始森林地区或未开垦地带存在着野生动物或吸血昆虫间流行的人畜（兽）共患传染病，一旦人类进入这些自然疫源地，就有可能传播给人，甚至在人群中造成流行。    社会因素对感染的发生和传染病的流行影响也很大。战争、灾荒、贫困等促使传染病的发生和流行。改善生活和劳动条件，开展防病的卫生运动，则传染病的发病率将逐渐下降，人民的健康水平亦将随之明显提高。

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细菌的感染与免疫    细菌侵入宿主机体后，进行生长繁殖、释放毒性物质等引起不同程度的病理过程，称为细菌的感染（bacterial infection）或传染。能使宿主致病的为致病菌或病原菌（pathogenic bacterium, pathogen），不能造成宿主感染的为非致病菌或非病原菌（nonpathogenic bacterium, nonpathogen）。这一概念并非绝对的，有些细菌在正常情况下并不致病，但当在某些条件改变的特殊情况下可以致病，这类菌称为条件致病菌（conditioned pathogen）或机会致病菌（opportunistic pathogen）。    致病菌入侵后，在建立感染的同时，能激发宿主免疫系统产生一系列免疫应答与之对抗。其结局根据致病菌和宿主两者力量强弱而定，可为感染不形成；感染形成但逐渐消退，患者康复；或感染扩散，病人死亡。第一节  正常菌群与条件致病菌正常菌群  自然界中广泛存在着大量的，多种多样的微生物。人类与自然环境接触密切，因而正常人的体表和同外界相通的口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道等腔道中都寄居着不同种类和数量的微生物。当人体免疫功能正常时，这些微生物对宿主无害，有些对人还有利，是为正常微生物群，通称正常菌群（normal flora）。人体各部位常见的正常菌群见表6-1。                  表6-1  人体常见的正常菌群  部位                           主要菌类    皮肤        葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、铜绿假单胞菌、丙酸杆菌、白假丝酵母菌、非致病性分枝杆菌  口腔        葡萄球菌、甲型和丙型链球菌、肺炎链球菌、奈瑟菌、乳杆菌、类白喉棒状杆菌、放线菌、螺旋体、白假丝酵母菌、梭菌  鼻咽腔        葡萄球菌、甲型和丙型链球菌、肺炎链球菌、奈瑟菌、类杆菌  外耳道        葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、铜绿假单胞菌、非致病性分枝杆菌  眼结膜        葡萄球菌、干燥棒状杆菌、奈瑟菌  胃        一般无菌  肠道        大肠埃希菌、产气肠杆菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、葡萄球菌、肠球菌、类杆菌、产气荚膜梭菌、破伤风梭菌、双歧杆菌、真细菌、乳杆菌、白假丝酵母菌  尿道        葡萄球菌、类白喉棒状杆菌、非致病性分枝杆菌  阴道        乳杆菌、大肠埃希菌、类白喉棒状杆菌、白假丝酵母菌     微生态学（microecology）是一门研究微生物与微生物、微生物与宿主，以及微生物和宿主与外界环境相互依存、相互制约的学科；也是研究微观生态平衡（eubiosis）、生态失调（dysbiosis）和生态调整（ecological adjustment）的一门新兴学科。    正常菌群对构成生态平衡起重要作用，其生理学意义有：    1．生物拮抗  致病菌侵犯宿主，首先需突破皮肤和粘膜的生理屏障作用。其中机制之一是寄居的正常菌群通过受体和营养竞争，以及产生有害代谢产物等方式抵抗致病菌，使之不能定植（colonization）或被杀死。实验发现，以鼠伤寒沙门菌攻击小鼠，需10万个活菌才能使其致死；若先给予口服链霉素杀抑正常菌群，则口饲10个活菌就能致死。    2．营养作用  正常菌群参与宿主的物质代谢、营养转化和合成。例如肠道中的大肠埃希菌能合成维生素K等，除供菌自需外，尚有多余为宿主吸收利用。因此，病人若选用的抗生素亦能杀伤大肠埃希菌，则病人将发生该类维生素的缺乏，应予以补充。    3．免疫作用  正常菌群能促进宿主免疫器官的发育；亦可刺激其免疫系统发生免疫应答，产生的免疫物质对具有交叉抗原组分的致病菌有一定程度的抑制或杀灭作用。例如无菌鸡的小肠和回盲部淋巴结较普通鸡小4/5，小肠集合淋巴结也仅为普通鸡的40%大小。若将无菌鸡暴露在普通环境中饲养，使其建立正常菌群，则两周后免疫系统的发育和功能能提高至与普通鸡群相近。    4．抗衰老作用  肠道正常菌群中的双歧杆菌有抗衰老作用。健康乳儿肠道中，双歧杆菌约占肠道菌群的98%。成年后，这类菌数量大减，代之以其他菌群。进入老年后，产生H2S和吲跺的芽胞杆菌菌类增多。这些有害物质吸收后，可加速机体的衰老过程。    此外，正常菌群可能有一定的抑瘤作用，其机制是转化某些致癌物质成非致癌性，以及激活巨噬细胞等免疫功能等。    条件致病菌  正常菌群与宿主间的生态平衡在某些情况下可被打破，形成生态失调而导致疾病。这样，原来在正常时不致病的正常菌群就成了条件致病菌。这种特定的条件主要有下列几种：    1．寄居部位的改变  例如大肠埃希菌从原寄居的肠道进入泌尿道，或手术时通过切口进入腹腔、血流等。    2．免疫功能低下  应用大剂量皮质激素、抗肿瘤药物或放射治疗等，可造成全方位免疫功能降低。从而使一些正常菌群在寄居原位穿透粘膜等屏障，进入组织或血流，出现各种病态，严重的可导致败血症而死亡。    3．菌群失调（dysbacteriosis）  是宿主某部位正常菌群中各菌种间的比例发生较大幅度变化而超出正常范围的状态。由此产生的病症，称为菌群失调症或菌群交替症（microbial selection and substitution）。菌群失调时，往往可引起二重感染或重叠感染（superinfection）。即在抗菌药物治疗原感染性疾病过程中，发生了另一种新致病菌引起的感染。原因是长期或大量应用抗菌药物后，大多数正常菌群被杀或抑制，而原处于少数劣势的菌群或外来耐药菌趁机大量繁殖而致病。引起二重感染的常见菌有金黄色葡萄珠菌、白假丝酵母菌和一些革兰阴性杆菌。临床表现为假膜性肠炎、肺炎、鹅口疮、尿路感染或败血症等。若发生二重感染，除停用原来的抗菌药物外，对检材培养中优势菌类需进行药敏试验，以选用合适类型的药物。同时，亦可使用有关的微生态制剂，协助调整菌群类型和数量，加快恢复正常菌群的原来生态平衡。第二节  细菌的致病机制    细菌能引起感染的能力称为致病性（pathogenicity）或病原性。细菌的致病性是对特定宿主而言，有的只对人类有致病性，有的只对某些动物有，有的则对人类和动物都有。不同致病菌对宿主可引起不同的病理过程，例如伤寒沙门菌对人类引起伤寒，而结核分枝杆菌引起结核病。因此，致病性是细菌的特征之一。    致病菌的致病性强弱程度称为毒力（virulence），即致病性的强度，是量的概念。各种致病菌的毒力常不一致，并可随不同宿主而异；即使同种细菌也常因菌型、菌株的不一而有一定的毒力差异。    毒力常用半数致死量（median lethal dose, LD50）或半数感染量（median infective close,ID50）表示。即在规定时间内，通过指定的感染途径，能使一定体重或年龄的某种动物半数死亡或感染需要的最小细菌数或毒素量。但由于是实验动物，且接种途径常非自然感染途径，故这类指标只能作为判断细菌毒力的参考。致病菌的致病机制，除与其毒力强弱有关外；侵入宿主机体的菌量，以及侵入部位是否合适等都有着密切的关系。一、细菌的毒力物质    构成细菌毒力的物质是侵袭力和毒素，但有些致病菌的毒力物质迄今尚未探明。    侵袭力  致病菌能突破宿主皮肤、粘膜生理屏障，进入机体并在体内定植、繁殖和扩散的能力，称为侵袭力（invasiveness）。侵袭力包括荚膜、粘附素和侵袭性物质等。    1.荚膜  荚膜具有抗吞噬和阻挠杀菌物质的作用，使致病菌能在宿主体内大量繁殖，产生病变。例如将无荚膜的肺炎链球菌注射至小鼠腹腔，细菌易被小鼠吞噬细胞吞噬、杀灭；但若接种有荚膜的菌株，则细菌大量繁殖，小鼠常于注射后24h内死亡。A群链球菌的M蛋白、伤寒沙门菌的Vi抗原，以及大肠埃希菌的K抗原等都是位于这些细菌细胞壁外层的结构，通称为微荚膜，其功能与荚膜相同。    2.粘附素  细菌引起感染一般需先粘附在宿主的呼吸道、消化道或泌尿生殖道等粘膜上皮细胞，以免被呼吸道的纤毛运动、肠蠕动、粘液分泌、尿液冲洗等活动所清除。然后，细菌在局部定植、繁殖，产生毒性物质或继续侵入细胞、组织，直至形成感染。    3．侵袭性物质  有些致病菌例如志贺菌、肠侵袭型大肠埃希菌中140 MD大质粒上的inv基因，能编码侵袭素（invasin），使这些细菌能入侵上皮细胞。假结核耶氏菌和小肠结肠炎耶氏菌，亦能产生侵袭素。福氏志贺菌的virG基因所编码的IPa、IPb、IPc等侵袭性蛋白，能使该菌向邻近细胞扩散。致病性葡萄球菌凝固酶，能使血浆中的液态纤维蛋白原变成固态的纤维蛋白围绕在细菌表面，犹如荚膜然可抵抗宿主吞噬细胞的吞噬作用。A群链球菌产生的透明质酸酶、链激酶和链道酶，能降解细胞间质透明质酸、溶解纤维蛋白、液化脓液等中高粘度的DNA等，利于细菌在组织中扩散。这些侵袭性物质，一般不具有毒性，但在感染过程中可以协助致病菌抗吞噬或向四周扩散。    毒素  细菌毒素（toxin） 按其来源、性质和作用等不同，可分为外毒素（exotoxin）和内毒素（endotoxin）两种。    1．外毒素  产生菌主要是革兰阳性菌中的破伤风梭菌、肉毒梭菌、白喉杆菌、产气荚膜梭菌、A群链球菌、金黄色葡萄球菌等。某些革兰阴性菌中的痢疾志贺菌、鼠疫耶氏菌、霍乱弧菌、肠产毒素型大肠埃希菌、铜绿假单胞菌等也能产生外毒素。大多数外毒素是在菌细胞内合成后分泌至细胞外；也有存在于菌体内，待菌溶溃后才释放出来的，痢疾志贺菌和肠产毒素型大肠埃希菌的外毒素属此。    外毒素的毒性强。1mg肉毒毒素纯品能杀死2亿只小鼠，毒性比KCN大1万倍。不同细菌产生的外毒素，对机体的组织器官具有选择作用，各引起特殊的病变。例如肉毒毒素能阻断胆碱能神经末梢释放乙酰胆碱，使眼和咽肌等麻痹，引起眼睑下垂、复视、斜视、吞咽困难等，严重者可因呼吸麻痹而死。又如白喉毒素对外周神经末梢、心肌等有亲和性，通过抑制靶细胞蛋白质的合成而导致外周神经麻痹和心肌炎等。    多数外毒素不耐热。例如白喉外毒素在58—60℃经1—2h，破伤风外毒素在60℃经20min可被破坏。但葡萄球菌肠毒素是例外，能耐100℃30min。大多外毒素是蛋白质，具有良好的抗原性。在0.3%—0.4%甲醛液作用下，经一定时间，可以脱去毒性，但仍保有免疫原性，是为类毒素（toxoid）。类毒素注入机体后，可刺激机体产生具有中和外毒素作用的抗毒素抗体。类毒素和抗毒素在防治一些传染病中有实际意义，前者主要用于人工主动免疫，后者常用于治疗和紧急预防。        根据外毒素对宿主细胞的亲和性及作用方式等，可分成神经毒素、细胞毒素和肠毒素三大类。     2．内毒素  是革兰阴性菌细胞壁中的脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）组分，只有当细菌死亡裂解或用人工方法破坏菌体后才释放出来。螺旋体、衣原体、支原体、立克次体亦有类似的LPS，有内毒素活性。    内毒素耐热，加热100°C经1h不被破坏；需加热至160°C经2-4h，或用强碱、强酸或强氧化剂加温煮沸30min才灭活。不能用甲醛液脱毒成类毒素。内毒素注射机体可产生相应抗体，但中和作用较弱。             二、细菌侵入的数量    感染的发生，除致病菌必须具有一定的毒力物质外，还需有足够的数量。菌量的多少，一方面与致病菌毒力强弱有关，另一方面取决于宿主免疫力的高低。因机体绝不是像装有培养基的器皿，可以允许致病菌任意繁殖。一般是细菌毒力愈强，引起感染所需的菌量愈小；反之则菌量需大。例如毒力强大的鼠疫耶氏菌，在无特异性免疫力的机体中，有数个菌侵入就可发生感染；而毒力弱的某些引起食物中毒的沙门菌，常需摄入数亿个菌才引起急性胃肠炎。三、细菌侵入的部位    有了一定的毒力物质和足够数量的致病菌，若侵入易感机体的部位不适宜，仍是不能引起感染。例如伤寒沙门菌必须经口进入；脑膜炎奈瑟菌应通过呼吸道吸入；破伤风梭菌的芽胞进入深部创伤，在厌氧环境中才能发芽等。也有一些致病菌的合适侵入部位不止一个，例如结核分枝杆菌，呼吸道、消化道、皮肤创伤等部位都可以造成感染。各种致病菌都有其特定的侵入部位，这与致病菌需要特定的生长繁殖的微环境有关。

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消毒与灭菌细菌为单细胞生物，极易受外界条件的影响。若环境适宜，生长繁殖极为迅速；若环境变化过剧，细菌因代谢障碍而生长受到抑制，其至死亡。根据这一现象，可以采用多种物理、化学或生物学方法来抑制或杀死外环境中的病原微生物，以切断传播途径，从而控制或消灭传染病。另外，微生物学实验室和外科手术室等为防止微生物的污染或感染，也需杀灭物品或器械上的微生物。以下术语常用来表示物理或化学方法对微生物的杀灭程度。消毒（disinfection） 杀死物体上病原微生物的方法，并不一定能杀死含芽胞的细菌或非病原微生物。用以消毒的药品称为消毒剂（disinfectant）。一般消毒剂在常用的浓度下，只对细菌的繁殖体有效，对其芽胞则需要提高消毒剂的浓度和延长作用的时间。灭菌（sterilization） 杀灭物体上所有微生物的方法。灭菌比消毒要求高，包括杀灭细菌芽胞在内的全部病原微生物和非病原微生物。抑菌（bacteriostasis） 抑制体内或体外细菌的生长繁殖。常用的抑菌剂（bacteriostat）为各种抗生素，可在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） 防止或抑制体外细菌生长繁殖的方法。细菌一般不死亡。使用同一种化学药品在高浓度时为消毒剂，低浓度时常为防腐剂。无菌（asepsis） 不存在活菌的意思。防止细菌进入人体或其它物品的操作技术，称为无菌操作。例如进行外科手术时需防止细菌进入创口，微生物学实验中要注意防止污染和感染。第一节  物理消毒灭菌法消毒与灭菌的方法一般可分为物理学方法和化学方法两大类。用于消毒灭菌的物理因素有热力、紫外线、辐射、超声波、滤过、干燥和低温等。一、热力灭菌法高温对细菌具有明显的致死作用，因此最常用于消毒和灭菌。多数无芽胞细菌经55～60℃作用30～60min后死亡。湿热80℃经5～10min可杀死所有细菌繁殖体和真菌。细菌的芽胞对高温有很强的抵抗力，例如炭疽芽胞杆菌的芽胞，可耐受5～10min煮沸，肉毒梭菌的芽胞则需煮沸3～5h才死亡。热力灭菌法分干热灭菌和湿热灭菌两大类，在同一温度下，后者的效力比前者大。这是因为：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湿热的蒸气有潜热存在。水由气态变为液态时放出的潜热，可迅速提高被灭菌物体的温度。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。一般细菌繁殖体在干燥状态下， 80～100℃经h可被杀死；芽胞则需160～170℃经2h才死亡。1.焚烧  直接点燃或在焚烧炉内焚烧。是一种彻底的灭菌方法，但仅适用于废弃物品或动物尸体等。2.烧灼  直接用火焰灭菌，适用于微生物学实验室的接种环、试管口等的灭菌。3.干烤  利用干烤箱灭菌，一般加热至160～170℃经2 h。适用于高温下不变质、不损坏、不蒸发的物品，例如玻璃器皿、瓷器、玻质注射器等的灭菌。4.红外线  红外线是一种0.77～1000μm波长的电磁波，尤以1～10μm波长的热效应最强。但热效应只能在照射到的表面产生，因此不能使物体均匀加热。红外线的杀菌作用与干热相似，利用红外线烤箱灭菌所需的温度和时间亦同于干烤。此法多用于医疗器械的灭菌。湿热灭菌法1.巴氏消毒法（pasteurization） 用较低温度杀灭液体中的病原菌或特定微生物，而仍保持物品中所需的不耐热成分不被破坏的消毒方法。此法由巴斯德创用以消毒酒类，故名。目前主要用于牛乳等消毒。方法有两种：一是加热至61.1～62.8℃min；另一是71.7℃经15～30s钟，今广泛采用后法。2.煮沸法  在1个大气压下，水的煮沸温度为100℃，一般细菌的繁殖体5min能被杀死，细菌芽胞常需煮沸1～2h才被杀灭。此法常用于消毒食具、刀剪、注射器等。水中加入2％碳酸钠，既可提高沸点达105℃，促进芽胞的杀灭，又可防止金属器皿生锈。3. 流动蒸气消毒法  又称常压蒸气消毒法，是利用一个大气压下100℃的水蒸气进行消毒。细菌繁殖体经15～30min可被杀灭，但芽胞常不被全部杀灭。该法常用的器具是Arnold消毒器，我国的蒸笼具有相同的原理。4. 间歇蒸气灭菌法（fractional sterilization） 利用反复多次的流动蒸气间歇加热以达到灭菌的目的。将需灭菌物置于流通蒸汽灭菌器内，100℃加热15～30min，杀死其中的繁殖体；但芽胞尚有残存。取出后放37℃孵箱过夜，使芽胞发育成繁殖体，次日再蒸一次，如此连续三次以上，可达到灭菌的效果。此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℃，则可将温度减低至75～80℃，每次加热时间延长至30～60min，次数增加至3次以上，也可达到灭菌目的。5.高压蒸气灭菌法  是一种最有效的灭菌方法。灭菌的温度取决于蒸气的压力。在一个大气压下，蒸气的温度是100℃。如果蒸气被限制在密闭的容器中，随着压力升高，蒸气的温度也相应升高。在103.4kPa(1.05kg/cm2)蒸气压下，温度达到121.3℃，维持15～20min，可杀灭包括细菌芽胞在内的所有微生物。高压蒸汽灭菌器（autoclave）就是根据这一原理制成的，常用于一般培养基、生理盐水、手术敷料等耐高温、耐湿物品的灭菌。二、辐射杀菌法紫外线  波长200～300nm的紫外线（包括日光中的紫外线）具有杀菌作用，其中以265～266nm最强，这与DNA的吸收光谱范围一致。紫外线主要作用于DNA，使一条DNA链上相邻的两个胸腺嘧啶共价结合而形成二聚体，干扰DNA的复制与转录，导致细菌的变异或死亡。紫外线穿透力较弱，普通玻璃、纸张、尘埃、水蒸气等均能阻挡紫外线，故只能用于手术室、传染病房、细菌实验室的空气消毒，或用于不耐热物品的表面消毒。杀菌波长的紫外线对人体皮肤、眼睛有损伤作用，使用时应注意防护。电离辐射  包括高速电子、X射线和γ射线等。在足够剂量时，对各种细菌均有致死作用。其机制在于产生游离基，破坏DNA。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，而不破坏其营养成分。微波  微波是一种波长为1mm到1m左右的电磁波，可穿透玻璃、塑料薄膜与陶瓷等物质，但不能穿透金属表面。消毒中常用的微波有2450MHZ与915MHZ两种，多用于检验室用品、非金属器械、无菌病室的食品食具、药杯及其它用品的消毒。三、滤过除菌法滤过除菌法（filtration）是用物理阻留的方法将液体或空气中的细菌除去，以达到无菌目的。所用的器具是滤菌器（filter），滤菌器含有微细小孔，只允许液体或气体通过，而大于孔径的细菌等颗粒不能通过。滤过法主要用于一些不耐高温灭菌的血清、毒素、抗生素以及空气等的除菌。滤菌器的除菌性能，与滤器材料的特性、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、素陶瓷滤菌器、石棉滤菌器（亦称Seitz滤菌器）、烧结玻璃滤菌器等。四、超声波杀菌法不被人耳感受的高于20千周/s的声波，称为超声波。超声波可裂解多数细菌，尤其是革兰阴性菌更为敏感，但往往有残存者。目前超声波主要用于粉碎细胞，以提取细胞组分或制备抗原等。超声波裂解细菌的机制主要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，最后崩破。崩破时的压力可高达1000个大气压。五、干燥与低温抑菌法有些细菌的繁殖体在空气中干燥时会很快死亡，例如脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌、霍乱弧菌、苍白密螺旋体等。但有些细菌的抗干燥力较强，如溶血性链球菌在尘埃中存活25d，结核分枝杆菌在干痰中数月不死。芽胞的抵抗力更强，如炭疽芽胞杆菌的芽胞耐干燥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，从而防止食物变质。低温可使细菌的新陈代谢减慢，故常用作保存细菌菌种。当温度回升至适宜范围时，又能恢复生长繁殖。为避免解冻时对细菌的损伤，可在低温状态下真空抽去水分，此法称为冷冻真空干燥法（lyophilization）。该法是目前保存菌种的最好方法，一般可保存微生物数年至数十年。第二节  化学消毒灭菌法许多化学药物能影响细菌的化学组成、物理结构和生理活动，从而发挥防腐、消毒甚至灭菌的作用。消毒防腐药物一般都对人体组织有害，只能外用或用于环境的消毒。根据化学消毒剂的杀菌机制不同，主要分以下几类：①促进菌体蛋白质变性或凝固，例如酚类（高浓度）、醇类、重金属盐类（高浓度）、酸碱类、醛类；②干扰细菌的酶系统和代谢，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损伤菌细胞膜，例如酚类（低浓度）、表面活性剂、脂溶剂等，能降低菌细胞的表面张力并增加其通透性，胞外液体内渗，致使细菌破裂。一、消毒剂的主要种类酚类  石炭酸、来苏、洗必泰等酚类化合物，低浓度时破坏菌细胞膜，使胞质内容物漏出；高浓度时使菌体蛋白质凝固。也有抑制细菌脱氢酶、氧化酶等作用。醇类  杀菌机制在于去除细菌胞膜中的脂类，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，杀菌效力反而减低。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。重金属盐类  高浓度时易与带阴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。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－基，导致酶活性的丧失。过氧化氢在水中可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。表面活性剂  又称去污剂，易溶于水，能减低液体的表面张力，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，改变胞壁通透性，使菌体内的酶、辅酶、代谢中间产物逸出，呈现杀菌作用。表面活性剂有阳离子型、阴离子型和非离子型三类。因细菌带阴电，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阴电，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）对结核分枝杆菌有刺激生长、并有使菌分散的作用。常用于消毒的表面活性剂有新洁尔灭、杜灭芬等。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、病毒、真菌和细菌芽胞均有较强的杀菌力。缺点是对人体有一定毒性，且有些烷化剂，如β－丙脂等可能有致癌作用。