© Copyright by Wydawnictwo Naukowe PWN S.A., Warszawa 2023

Wszystkie prawa zastrzeżone.

Przedruk i reprodukcja w jakiejkolwiek postaci całości bądź części książki bez pisemnej zgody wydawcy są zabronione.

Autorzy i Wydawnictwo dołożyli wszelkich starań, aby wybór i dawkowanie leków w tym opracowaniu były zgodne z aktualnymi wskazaniami i praktyką kliniczną. Mimo to, ze względu na stan wiedzy, zmiany regulacji prawnych i nieprzerwany napływ nowych wyników badań dotyczących podstawowych i niepożądanych działań leków, Czytelnik musi brać pod uwagę informacje zawarte w ulotce dołączonej do każdego opakowania, aby nie przeoczyć ewentualnych zmian we wskazaniach i dawkowaniu. Dotyczy to także specjalnych ostrzeżeń i środków ostrożności. Należy o tym pamiętać, zwłaszcza w przypadku nowych lub rzadko stosowanych substancji.

Recenzent: prof. dr hab. Marzanna Bartoszewicz

Wydawca: Marta Diana Rozwadowska

Redaktor prowadzący: Barbara Nowak-Pacholczak

Redaktor merytoryczny: Zespół

Producent: Anna Badura

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.

Michał Latusek

Projekt okładki i stron tytułowych: Kamil Cybul

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2023r. (Wydanie I)

Warszawa 2023

PZWL Wydawnictwo Lekarskie

ISBN 978-83-01-22986-3

DOI: https://doi.org/10.53271/2022.120

Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.

ul. G. Daimlera 2

02-460 Warszawa

pwn.pl

Księgarnia wysyłkowa:

tel. 42 680 44 88; infolinia: 801 33 33 88

e-mail: wysylkowa@pzwl.pl

Informacje w sprawie współpracy reklamowej: BR.PZWL@pwn.pl

AUTORZY TOM  1–2

prof. dr hab. n. med. Ewa Augustynowicz-Kopeć

Zakład Mikrobiologii, Krajowe Referencyjne Laboratorium Prątka, Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie

prof. dr hab. Małgorzata Bała

Zakład Higieny i Dietetyki, Katedra Epidemiologii i Medycyny Zapobiegawczej, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr n. med. i dr n. o zdr. Anna Bielecka-Oder

Departament Bezpieczeństwa, Ministerstwo Zdrowia

prof. dr hab. n. wet. Marian Binek

Pracownik emerytowany, Katedra Nauk Przedklinicznych, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

prof. dr hab. n. med. Monika Brzychczy-Włoch

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Małgorzata Bulanda

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr hab. n. med. Agnieszka Chmielarczyk

Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr n. med. Marta Ciszek-Lenda

Zakład Immunologii, Katedra Immunologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr n. med. Artur Drzewiecki

Szpital Uniwersytecki w Krakowie

dr hab. n. med. Tomasz Dzieciątkowski

Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej, Warszawski Uniwersytet Medyczny

prof. dr hab. n. med. Katarzyna Dzierżanowska-Fangrat

Zakład Mikrobiologii i Immunologii Klinicznej, Instytut „Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie

dr n. med. Małgorzata Fleischer

Katedra i Zakład Mikrobiologii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

prof. dr hab. n. med. Stefania Giedrys-Kalemba

Pracownik emerytowany, Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie

dr n. med. Edyta Golińska

Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Tomasz Gosiewski

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr. hab. n. med. Eugenia Gospodarek-Komkowska

Katedra Mikrobiologii, Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu; Zakład Mikrobiologii Klinicznej, Szpital Uniwersytecki nr 1 im. dr. Antoniego Jurasza w Bydgoszczy

prof. dr hab. med. Piotr B. Heczko

Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. Elżbieta Katarzyna Jagusztyn-Krynicka

Zakład Genetyki Bakterii, Instytut Mikrobiologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny

dr n. med. Piotr Kochan

Redaktor naczelny, World Journal of Medical Images, Videos and Cases,

European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases Fellow

dr n. med. Janusz Kocik, prof. CMKP

Zakład Epidemiologii Chorób Zakaźnych i Nowotworowych, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego w Warszawie

prof. dr hab. Magdalena Kosz-Vnenchak

Pracownik emerytowany, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr n. med. Paweł Krzyściak

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

Ph.d. Paweł Łaniewski

Department of Basic Medical Sciences, College of Medicine – Phoenix, University of Arizona

prof. dr hab. n. med. Anna B. Macura

Pracownik emerytowany, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Gajane Martirosian

Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

dr n. biol. Marcin Niemcewicz

Wojskowy Instytut Higieny i Epidemiologii w Warszawie

dr hab. n. med. Małgorzata Paul

Katedra i Klinika Chorób Tropikalnych i Pasożytniczych, Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu

dr n. biol. Agata Pietrzyk

Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Anna Przondo-Mordarska

Pracownik emerytowany, Katedra i Zakład Mikrobiologii, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu

dr hab. n. med. Maciej Przybylski

Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej, Warszawski Uniwersytet Medyczny

dr n. med. Dorota Romaniszyn

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr hab. n. o zdr. Magdalena Rosińska, prof. NIZP PZH – PIB

Zakład Epidemiologii Chorób Zakaźnych i Nadzoru, Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego PZH – Państwowy Instytut Badawczy w Warszawie

prof. dr hab. n. biol. Barbara Różalska

Pracownik emerytowany, Katedra Immunologii i Biologii Infekcyjnej, Instytut Mikrobiologii, Biotechnologii i Immunologii, Uniwersytet Łódzki

dr hab. n. med. Anna Różańska

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr hab. Beata Sadowska, prof. UŁ

Katedra Immunologii i Biologii Infekcyjnej, Instytut Mikrobiologii, Biotechnologii i Immunologii, Uniwersytet Łódzki

dr n. med. Dominika Salamon

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii,

Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

dr n. med. Magdalena Skóra

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Magdalena Strus

Zakład Bakteriologii, Ekologii Drobnoustrojów i Parazytologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Hanna Stypułkowska-Misiurewicz

Pracownik emerytowany, Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny w Warszawie

dr hab. n. med. Sława Szostek

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Jadwiga Wójkowska-Mach

Zakład Kontroli Zakażeń i Mykologii, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

prof. dr hab. n. med. Marta Wróblewska

Zakład Mikrobiologii Stomatologicznej, Warszawski Uniwersytet Medyczny

dr n. med. Anna Zabost

Zakład Mikrobiologii, Krajowe Referencyjne Laboratorium Prątka, Instytut Gruźlicy i Chorób Płuc w Warszawie

dr hab. n. med. Barbara Zawilińska

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Katedra Mikrobiologii, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie

Spis rozdziałów tomu 1

1. Historia mikrobiologii

2. Wprowadzenie do epidemiologii chorób zakaźnych

3. Dezynfekcja, sterylizacja i antyseptyka

4. Immunoprofilaktyka zakażeń czynna i bierna

5. Bakteriologia ogólna z patogenezą zakażeń bakteryjnych

6. Bakteriologia szczegółowa

7. Wirusologia ogólna

8. Wirusologia szczegółowa

Spis rozdziałów tomu 2

9. Mykologia ogólna

10. Mykologia szczegółowa

11. Parazytologia ogólna

12. Parazytologia szczegółowa

13. Leki przeciwdrobnoustrojowe i antybiotykoterapia chorób zakaźnych

14. Zakażenia związane z opieką zdrowotną

15. Bioterroryzm

16. Diagnostyka mikrobiologiczna

17. Zakażenia układowe i narządowe

PRZEDMOWA

Szanowni Czytelnicy!

Z wielką przyjemnością przekazujemy w Państwa ręce nowoczesny dwutomowy podręcznik zawierający najnowszą wiedzę z zakresu mikrobiologii medycznej, pracę zbiorową wielu najwybitniejszych polskich Autorów.

W ostatnim dziesięcioleciu nastąpił znaczący rozwój w dziedzinie mikrobiologii. Dokonano zmian w zakresie taksonomii i klasyfikacji drobnoustrojów, pojawiły się nowe możliwości wykrywania mikroorganizmów chorobotwórczych i nowe koncepcje w zakresie patomechanizmów zakażeń, opisano nowe, nieznane wcześniej drobnoustroje powodujące schorzenia infekcyjne u ludzi. Zmiany te dotyczyły praktycznie wszystkich działów mikrobiologii medycznej, tym nie mniej szczególnie wiele z nich nastąpiło w zakresie wirusologii i mykologii.

W podręczniku zawarte są treści dotyczące szczegółowego opisu poszczególnych drobnoustrojów, zagadnienia z zakresu wiedzy podstawowej, w tym historii rozwoju mikrobiologii wraz z jej najwybitniejszymi postaciami oraz ogólne wiadomości z zakresu epidemiologii i immunologii infekcyjnej, zdrowia publicznego, a także rozdziały poświęcone najnowszym osiągnięciom naukowym, oparte na aktualnym piśmiennictwie ogólnoświatowym, jak np. rozdział poświęcony zagadnieniom mikrobiomu człowieka.

Pragniemy zwrócić Państwa uwagę także na teksty poświęcone diagnostyce mikrobiologicznej w bakteriologii, wirusologii, mykologii i parazytologii oraz napisanemu – w bardzo przystępny sposób – rozdziałowi z zakresu farmakoterapii zakażeń, a także rozdziałowi szeroko omawiającemu ciągle aktualny i bardzo ważny w polskim lecznictwie problem zakażeń związanych z opieką zdrowotną. Ostatnie strony tego obszernego podręcznika stanowią część kliniczną omawiającą najistotniejsze choroby infekcyjne występujące w Polsce.

Książka jest adresowana przede wszystkim do studentów kierunków medycznych i zawiera wszystkie treści niezbędne do nabycia wiedzy wymaganej od przyszłych medyków. Ważnymi odbiorcami podręcznika są także diagności laboratoryjni i lekarze odbywający specjalizację zarówno z mikrobiologii medycznej, jak i mikrobiologii lekarskiej. Dlatego treści zawarte w tym wydaniu posiadają wiele bardzo praktycznych informacji, koniecznych do wykorzystania i wprowadzania w nowoczesnej diagnostyce mikrobiologicznej.

Chciałybyśmy wyrazić naszą głęboką wdzięczność wszystkim Autorom za ich ogromny trud włożony w przygotowanie podręcznika oraz całemu zespołowi redaktorów Wydawnictwa Naukowego PWN zaangażowanemu w opracowanie i wydanie książki. Głęboko wierzymy, że podręcznik zostanie dobrze przyjęty i stanie się lubianą i pomocną pozycją dla wszystkich jego Czytelników.

Małgorzata Bulanda

Agata Pietrzyk

Marta Wróblewska

1. HISTORIA MIKROBIOLOGII

Marian, Binek

Mikrobiologia, jako dyscyplina naukowa, powstała stosunkowo późno. Liczy sobie około 150 lat. Za datę jej narodzin można przyjąć początek drugiej połowy XIX wieku (tab. 1.1), kiedy to za pomocą naukowych metod udało się rozwiązać fundamentalne dla tej dyscypliny kwestie – Louis Pasteur obalił teorię samorództwa (1861 rok), a Robert Koch udowodnił bakteryjną etiologię chorób zakaźnych.

W 1884 roku Friedrich Loeffler opublikował zasady, zgodnie z którymi można wykazać etiologiczny związek pomiędzy drobnoustrojem i chorobą, znane jako postulaty Kocha. Do ojców bakteriologii należy również zaliczyć Ferdinanda Juliusa Cohna, niemieckiego botanika i bakteriologa, pracującego na uniwersytecie we Wrocławiu. W 1875 roku jako pierwszy dokonał on klasyfikacji bakterii (zakwalifikował je do rzędu Schizomycetes), uznawanych wówczas za rośliny, zgodnie z zasadami ustanowionymi przez Karola Linneusza. Cohn stworzył w ten sposób formalne podstawy do uznania bakteriologii za dyscyplinę naukową.

Mykologia medyczna rozwijała się wolniej. Znaczącą dla niej datą było wprowadzenie w 1910 roku przez Raymonda Sabourauda przydatnego do izolacji i hodowli chorobotwórczych grzybów podłoża.

Za narodziny wirusologii uważa się odkrycie przez Dmitrija Iwanowskiego w 1892 roku przesączalnych czynników odpowiedzialnych za chorobę mozaikową tytoniu. Koncepcję wirusa, a jednocześnie doktrynę wirusologii, przedstawił Martinus Beijerinck. Wykazał on, że wirus jest związany z komórką gospodarza i wymaga żywych komórek do namnażania się.

Pojęcie prionu (Proteinaceous infectious particle, białkowa cząsteczka zakaźna) wprowadził Stanley Prusiner w 1981 roku. Rozszerzył tym samym listę czynników zakaźnych o cząsteczki białka, stanowiące czynniki etiologiczne, m.in. choroby kuru, choroby Creutzfeldta-Jakoba (Creutzfeldt-Jakob disease, CJD), encefalopatii gąbczastej bydła (bovine spongiform encephalopathy, BSE) i scrapie.

Współczesna mikrobiologia to era badań molekularnych – genomiki, której przedmiotem zainteresowania jest porównawcza analiza genów różnych organizmów, oraz proteomiki, zajmującej się oceną ekspresji białek w komórkach.

TABELA 1.1.

Ważniejsze odkrycia z początków mikrobiologii ogólnej i medycznej

Rok

Badacz(e)

Odkrycie

1798

Edward Jenner

Szczepienia przeciwko ospie prawdziwej

1867

Joseph Lister

Zasady antyseptyki w chirurgii

1876

Ferdinand Cohn

Odkrycie endospor

1882

Ilia Miecznikow

Zjawisko fagocytozy

1884

Hans Christian Gram

Barwienie metodą Grama

1889/1890

Sergei Winogradsky

Chemolitotrofizm

1889/1901

Martinus Beijerinck

Koncepcja wirusa/podłoża wzbogacone

1908

Paul Ehrlich

Chemioterapia, czynnik chemioterapeutyczny

1911

Francis Rous

Odkrycie wirusa onkogennego

1915/1917

Frederick Twort/Félix d’Hérelle

Odkrycie wirusów bakterii (bakteriofagii)

1928

Frederick Griffith

Odkrycie transformacji u pneumokoków

1928

Aleksander Fleming

Odkrycie penicyliny

1935

Gerhard Domagk

Odkrycie sulfonamidów jako środków leczniczych

1935

Wendell Stanley

Krystalizacja wirusa mozaiki tytoniowej

1.1. Mikrobiologia XIX i początku XX wieku zdominowana przez mikrobiologię medyczną

Mikroorganizmy jako submikroskopowe formy życia znane były już wcześniej, między innymi dzięki badaniom Anglika Roberta Hooke’a, który obserwował w powiększeniu komórki roślin i zobaczył również strzępki grzybów pleśniowych. Wykonany przez niego rysunek został opublikowany w Micrographia w 1655 roku. Mikroskop, którego używał Hooke, nie pozwalał na dostrzeżenie bakterii. Te, jako tzw. małe zwierzęta (little animalcules), zobaczył Holender Anton van Leeuwenhoek przez skonstruowany własnoręcznie mikroskop dający powiększenie od 30 do 266 razy. Swoje obserwacje w 1676 roku przesłał do Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Jego publikacja została zamieszczona w Philosophical Transactions. Kilka lat później zaobserwował organizmy w osadzie na zębach. Doniesienie to wraz z rysunkami odpowiadającymi dzisiejszym znanym formom morfologicznym bakterii zostało opublikowane w 1684 roku. Leeuwenhoekowi nauka zawdzięcza również pierwszy opis pasożytniczych pierwotniaków, znanych współcześnie jako Giardia duodenalis, które wykrył we własnym kale.

Odkrycia submikroskopowych form życia nie przełożyły się jednak na sposób myślenia ludzi i zmianę poglądów na temat udziału mikroorganizmów w wywoływaniu chorób, które, jak sądzono, biorą się z oddziaływania szkodliwych wyziewów czy morowego powietrza. Próby udowodnienia, że tak nie jest, zostały podjęte przez Francesco Rediego, który wykazał, że larwy much nie powstają w mięsie zabezpieczonym od środowiska zewnętrznego przez zamknięcie w słoju, a także później przez Lazarro Spallanzaniego, który udowodnił, że w przegotowanym bulionie zatopionym w szklanym pojemniku nie rosną mikroorganizmy. Nie zmieniło to jednak istniejących przekonań. W dalszym ciągu sądzono, że mikroorganizmy ze względu na niewielkie rozmiary muszą być niezwykle prostymi strukturami. Takie natomiast powstają spontanicznie. Opublikowanie w 1858 roku przez Félixa Poucheta pracy na temat spontanicznego powstawania protoorganizmów w odżywczym powietrzu i tlenie skłoniło Francuską Akademię Nauk do zaoferowania nagrody dla tego, kto ostatecznie wyjaśni wszystkie kontrowersje związane z samoistnym powstawaniem mikroorganizmów. Wyzwanie podjął Louis Pasteur. Wzorując się na doświadczeniu przeprowadzonym przez Theodora Schwanna (wykazał w 1837 roku, że podgrzane, a następnie oziębione powietrze nie zakaża przegotowanego bulionu), przeprowadził swoje badania. Zastosował kolby do przetrzymywania bulionu z tzw. zakończeniem w formie łabędziej szyi, w których pożywka była podgrzewana do zagotowania się, a po ochłodzeniu powietrze mogło ponownie płynąć do wnętrza kolby. Wygięcie szyjki zapobiegało wnikaniu cząstek materii zanieczyszczonych drobnoustrojami. Zagotowana zawartość kolby tego typu pozostawała jałowa dopóty, dopóki wygięcie szyjki nie zetknęło się z zawartym w kolbie płynem. Pasteur udowodnił w ten sposób, że mikroorganizmy nie powstają samoistnie nawet przy dostępie powietrza, którego brak był koronnym argumentem przeciwników Spallanzaniego, tłumaczących, że do rozwoju mikroorganizmów jest ono niezbędne. Wyniki swojej pracy opublikował w 1861 roku, uznawanym za datę obalenia teorii samorództwa, i otrzymał nagrodę Akademii.

Wykrycie przez Ferdinanda Cohna (w 1877 roku opublikował pracę na temat pałeczkowatych bakterii wytwarzających formy przetrwałe) i Johna Tyndalla (w 1877 roku przedstawił przed Towarzystwem Królewskim w Londynie pracę na temat sterylizacji) ciepłoopornych form przetrwałych bakterii ostatecznie wyeliminowało argumenty zwolenników samorództwa.

Odkrycie mikroorganizmów i wykazanie przez Pasteura ich obecności w powietrzu nie było równoznaczne z powiązaniem bakterii z chorobami. W XIX wieku oficjalnie obowiązywały poglądy upowszechniane przez anatomopatologów, m.in. Rudolfa Virchowa, zgodnie z którymi do powstania choroby dochodziło w wyniku zaburzenia wewnętrznej struktury i funkcji ciała. Istniała pewna świadomość co do tego, że zakażenie może być spowodowane przez cząstki organiczne, jednak natura tego zjawiska była nieznana. Wykazanie w końcu lat 30. XIX wieku przez Schwanna i Charlesa Cagniarda de Latour, że procesy fermentacji i gnicia substancji organicznej spowodowane są obecnością zorganizowanych „małych stworzeń”, nasunęło skojarzenie, że być może podobnie dzieje się w przypadku choroby, która niejednokrotnie charakteryzuje się rozkładem tkanek, a więc również może zachodzić pod wpływem żywych czynników. Idea taka nie była obca Jacobowi Henlemu, który, mimo że wywodził się ze szkoły Virchowa, widział potrzebę eksperymentalnego wyjaśnienia tych wątpliwości. W 1865 roku Pasteur na podstawie wykonanych przez siebie doświadczeń wysunął sugestię, że choroba musi brać się z powietrza.

Ostatecznych dowodów na powiązanie zakażenia z chorobą dostarczył Robert Koch. Jako lekarz powiatowy w Wolsztynie, dysponując mikroskopem, oglądał preparaty z krwi i narządów wewnętrznych owiec padłych z powodu choroby znanej współcześnie jako wąglik. Stwierdził w nich wydłużone ciałka (laseczki Bacillus anthracis) (tab. 1.2).

Znając idee Henlego, którego poznał jako profesora w czasie studiów medycznych na Uniwersytecie w Getyndze, podjął próbę wywołania choroby z wykorzystaniem zaobserwowanych ciałek. W prowizorycznym przydomowym laboratorium wstrzykiwał krew chorych na wąglik owiec i bydła dzikim myszom złapanym w stodole. Odkrył, że u myszy występowały podobne objawy i zmiany sekcyjne, jak u zwierząt gospodarskich. Bakterie wyizolował na pożywce z cieczy wodnistej przedniej komory oka bydła. Zaobserwował splątane nici bakterii i wytwarzanie przez nie spor. Po zakażeniu uzyskaną kulturą bakterii kolejnych myszy następnego dnia stwierdził u nich charakterystyczne symptomy wąglika i wykrył bakterie we krwi. W ten sposób Koch zamknął pewien cykl badań, zgodnie z którym wymagania postawione przez Henlego w celu zdefiniowania przyczyny choroby zakaźnej zostały spełnione. Udowodnił, że specyficzne bakterie wywołują specyficzne i charakterystyczne zakażenia.

Prace nad chorobami zakaźnymi i zakażeniami ran u żołnierzy podczas wojny prusko--francuskiej (1870–1871) przyniosły Kochowi uznanie świata naukowego i w 1880 roku stanowisko dyrektora laboratorium bakteriologicznego w Cesarskim Instytucie Zdrowia w Berlinie. Rozwijał tam metody badań bakteriologicznych i przeprowadzał doświadczenia nad plagą tamtych czasów – gruźlicą (nazywaną białą plagą), a także błonicą i durem brzusznym. Tezę o specyficznym związku między drobnoustrojem i wywoływaną przez niego chorobą potwierdził w badaniach nad gruźlicą. Koch izolował prątki na ściętej termicznie surowicy bydlęcej lub owczej i zakażał nimi świnki morskie, u których dochodziło do rozwoju gruźlicy. Wyniki pracy nad etiologią gruźlicy przedstawił 24 marca 1882 roku (stąd 24 marca jest światowym dniem gruźlicy) w Berlińskim Towarzystwie Fizjologicznym, ogłaszając jednocześnie nową koncepcję przyczyny choroby na podstawie postulatów Kocha i Henlego. Koch nie został zaproszony do przedstawienia wykładu w bardziej prestiżowym Berlińskim Towarzystwie Lekarskim, zdominowanym przez Virchowa, zwolennika teorii powstawania choroby z powodu nieprawidłowej czynności własnych komórek. Formalnie postulaty zostały opublikowane w 1884 roku przez Friedricha Loefflera, współpracownika Kocha, w odniesieniu do błonicy, z powołaniem się na zasady ustanowione przez Kocha.

TABELA 1.2.

Gatunki bakterii chorobotwórczych ważne dla człowieka i zwierząt odkryte w latach 1877–1898

Rok

Odkrywca

Bakterie

Choroba

1877

Robert Koch

Bacillus anthracis

Wąglik

1879

Albert Neisser

Neisseria gonorrhoeae

Rzeżączka

1881

Aleksander Ogston

Staphylococcus aureus

Ropne zakażenia

1882

Robert Koch

Mycobacterium tuberculosis

Gruźlica

1884

Arthur Nicolaier

Clostridium tetani

Tężec

1884

Robert Koch

Vibrio cholerae

Cholera

1884

Georg Gaffky

Salmonella Typhi

Dur brzuszny

1887

David Bruce

Brucella melitensis

Bruceloza (gorączka maltańska)

1888

August Gärtner

Salmonella Enteritidis

Toksykoinfekcje pokarmowe (gastroenteritis)

1892

William Welch

Clostridium perfringens

Zgorzel gazowa

1894

Alexandre Yersin

Yersinia pestis

Dżuma

1897

Emile van Ermengem

Clostridium botulinum

Botulizm

1898

Kiyoshi Shiga

Shigella dysenteriae

Dyzenteria (czerwonka)

We współczesnej formie postulaty Kocha można przedstawić w sposób następujący:

• Mikroorganizm występuje u wszystkich chorych osobników i jest odpowiedzialny za obserwowane zmiany chorobowe i objawy kliniczne.

• Mikroorganizm nie bierze udziału w wywoływaniu innej choroby i nie stwierdza się go jako czynnika przypadkowego lub niechorobotwórczego.

• Mikroorganizm po wyizolowaniu od chorego i pasażowaniu w czystej kulturze jest zdolny do wywołania identycznej choroby u innego osobnika.

Z czasem dodano jeszcze jeden warunek, że ten sam drobnoustrój powinien móc zostać ponownie wyizolowany od doświadczalnie zakażonego osobnika, co wynika z logicznych następstw wcześniejszych założeń. Sam Koch nie widział potrzeby podkreślania w szczególny sposób tego warunku.

Ustanowione przez Kocha postulaty były kamieniem milowym w mikrobiologii medycznej, ponieważ dzięki nim poza wszelką wątpliwością można było udowodnić, że poszczególne drobnoustroje stanowią przyczynę choroby zakaźnej. Równocześnie wpłynęły niestety na utrwalenie się w medycynie schematycznego i prostego myślenia o chorobie jako wyniku oddziaływania jednego szczególnego czynnika (tzw. jednoczynnikowa koncepcja choroby).

Jeszcze za życia Kocha zaczęły pojawiać się wątpliwości, czy w oparciu o te postulaty zawsze można wyjaśnić przyczynę choroby. Wynikały one m.in. z badań nad cholerą. Choroba ta endemicznie występowała w Indiach i podejrzewano jej bakteryjną etiologię. Gdy w 1883 roku zaatakowała Egipt, pojawiła się obawa, że może dotrzeć do Europy. Rządy europejskie wysłały do Afryki najlepszych badaczy. Prusy – Roberta Kocha, Georga Gaffky’ego i Bernharda Fische’a. Dzięki zastosowaniu podłoży stałych dość szybko wyizolowali oni w czystej kulturze Vibrio cholerae ze środowiska i próbek od pacjentów. Przecinkowce spełniały pierwszy i drugi postulat Kocha. Trzeci został wypełniony przez przypadek, kiedy lekarz z ekipy francuskiej połknął bakterie i doszło u niego do rozwoju choroby. Zwierzęcy model (świnka morska) został odkryty po powrocie Kocha do Berlina w czasie wybuchu epidemii cholery w Europie w 1884 roku. Okazało się jednak, że Vibrio cholerae obecne są również u osobników zdrowych (nosicielstwo), co stało w sprzeczności z wynikającym z 2. postulatu specyficznym związkiem między drobnoustrojem i chorobą.

Trudności napotkano także w odniesieniu do Plasmodium falciparum, czynnika etiologicznego malarii, nad którą również pracował Koch (uznawany jest również za ojca medycyny tropikalnej). Nie udawało się go bowiem wyizolować in vitro. Koch miał świadomość pewnych ograniczeń w wykazaniu etiologicznej roli określonego czynnika wynikających z postulatów i uważał, że jeżeli dwa pierwsze z nich są spełnione, to związek przyczynowy między czynnikiem a chorobą można jednak udowodnić.

Współczesne prace nad Vibrio cholerae i odkrycie środowiskowego rezerwuaru tych bakterii w śluzowej otoczce niebieskozielonych alg, a także wpływu na ich namnażanie się temperatury wód oceanicznych i zmian klimatycznych, pozwoliły na opracowanie biokompleksowego modelu ryzyka wystąpienia cholery. Uwzględnia on molekularne podłoże chorobotwórczości bakterii, ale również wiąże wystąpienie choroby z socjalno-bytowymi uwarunkowaniami ludzi i zmianami klimatycznymi. Późniejsze odkrycie biofilmów uświadomiło badaczom rolę w tym procesie konsorcjów drobnoustrojów czy polimikrobiologicznych kompleksów, będących swego rodzaju prototkankami, które w takiej formie uorganizowania uczestniczą w procesach patofizjologicznych. Nie zawsze przy takiej formie organizacji drobnoustrojów daje się zauważyć związki przyczynowe pomiędzy jednym gatunkiem bakterii i zakażeniem obejmującym jedną specyficzną tkankę.

Niezależnie od współczesnego spojrzenia na postulaty Kocha jego prace nad chorobami zakaźnymi (zasady higieny, oczyszczanie wody podczas epidemii cholery w Hamburgu w 1892 roku itp.) odnoszące się do populacji dały początek epidemiologii chorób zakaźnych i rozwojowi metod im zapobiegania.

W czasach, gdy rodziła się mikrobiologia, na mapie Europy nie było Polski, nie było państwa, które stwarzałoby instytucjonalne ramy do rozwoju kultury, oświaty i nauki. Ośrodki naukowe w Warszawie i Wilnie podlegały represjom. Nieco lepiej funkcjonowały Uniwersytet Jagielloński i Uniwersytet Lwowski. Do wybitnych Polaków, twórców mikrobiologii lekarskiej na ziemiach polskich, należy zaliczyć Odo Bujwida, który po ukończeniu studiów lekarskich na Uniwersytecie Warszawskim odbył staże naukowe w Berlińskim Instytucie Higieny u Roberta Kocha i w Instytucie Pasteura w Paryżu. Zdobytą wiedzę i doświadczenie wykorzystał do stworzenia pracowni bakteriologicznych w Polsce. Powołał filie Instytutu Pasteura w Warszawie i Krakowie. Podjął badania nad chorobotwórczymi mikroorganizmami i wywoływanymi przez nie chorobami (m.in. nad gruźlicą, wścieklizną, promienicą) oraz zainicjował szczepienia. Wytworzył również surowice odpornościowe, m.in. przeciwko błonicy, tężcowi, czerwonce i przeciwko różycy dla potrzeb weterynarii. Wychował wielu lekarzy i mikrobiologów kontynuujących badania mikrobiologiczne. Jednym z nich był Julian Nowak. Specjalizował się w bakteriologii i po odbyciu stażu w Instytucie Pasteura w Paryżu objął Katedrę Weterynarii na Uniwersytecie Jagiellońskim (1899 rok). Zajmował się bakteriologią lekarską i weterynaryjną. Jest odkrywcą mykoplazm i jednym z nielicznych polskich mikrobiologów cytowanym przez „Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology”.

Do światowej elity polskich mikrobiologów należy zaliczyć również Ludwika Hirszfelda, odkrywcę pałeczki duru rzekomego C (Salmonella paratyphi C – Salmonella hirschfeldi) i odczynu serodiagnostycznego (tzw. koaguloreakcji) wykorzystywanego do diagnozowania kiły.

1.2. Dyscypliny towarzyszące mikrobiologii medycznej

W czasach, w których rodziła się mikrobiologia, powstawało również wiele innych dyscyplin, wtedy wyraźnie z niej niewyodrębnionych, a obecnie mających status niezależnych nauk, np. wakcynologia, immunologia, antyseptyka czy chemioterapia.

1.2.1. Wakcynologia

Za moment narodzin wakcynologii można uznać wprowadzenie szczepień przeciwko ospie (wywołanej przez wirusa ospy prawdziwej) u ludzi za pomocą inokulacji materiałem pochodzącym ze zmian od krów chorych na ospę bydlęcą (wywoływaną przez wirusa krowianki). Ospa była straszną chorobą, atakującą ludzi od tysiącleci. Charakteryzowała się 40% śmiertelnością i prowadziła do potwornych oszpeceń poprzez pozostawianie blizn i zniekształceń na całym ciele u pacjentów, którzy chorobę przeżyli. Jeszcze w starożytnych Chinach zauważono, że osoby, które łagodnie przechorowały ospę, np. miały tylko kilka krost, stawały się odporne na nowe zakażenia. W Azji, a od XVII wieku również w Europie, spostrzeżenie to wykorzystywano do wywoływania łagodnej formy ospy, specjalnie zakażając strupami pobranymi od chorych dotychczas niechorujących w celu wytworzenia odporności. Nie zawsze się to jednak udawało i prowadziło czasem do ostrej formy choroby.

Edward Jenner jako młody chłopiec żyjący na angielskiej wsi słyszał od dojarki, że nie musi się ona obawiać ospy, ponieważ ma ospę bydlęcą. Choroba ta manifestowała się u ludzi drobną, niegroźną wysypką na rękach, jednakże chroniła przed zachorowaniem na ospę prawdziwą. Już jako praktykujący na wsi lekarz usłyszał, że jeżeli chce mieć żonę nieoszpeconą przez ospę, powinien ożenić się z dojarką. Gdy w 1788 roku ospa pojawiła się w Anglii, Jenner wykorzystał zasłyszane opowieści do eksperymentowania na ludziach. Wykonał inokulację miejscowego chłopca materiałem pobranym z rąk dojarki, a po 8 tygodniach materiałem pobranym od osoby chorej na ospę prawdziwą. Chłopiec okazał się odporny na zakażenie, a Jenner w 1798 roku zaprezentował swoje badania Towarzystwu Królewskiemu. W 1803 roku szczepienia przeciwko ospie prawdziwej z wykorzystaniem materiału pobranego od krów wprowadzono w całej Anglii. Wkrótce Benjamin Franklin rozpowszechnił je również w Stanach Zjednoczonych. Inokulację materiałem powodującym powstawanie odporności nazwano wakcynacją, od łacińskiego vacca, czyli krowa.

Znaczący wpływ na rozwój wakcynologii miał w późniejszym okresie Pasteur. Podczas badań nad cholerą u drobiu (wywoływaną przez Pasteurella multocida) zauważył, że gdy zwierzętom podaje się osłabiony drobnoustrój (forma awirulentna), nie dochodzi do zakażenia, natomiast uzyskuje się dobrą odporność na ponowne zakażenie szczepem zjadliwym. Zdobyte doświadczenia wykorzystał w pracach nad szczepionkami przeciwko wściekliźnie i wąglikowi. W 1885 roku zastosował po raz pierwszy szczepionkę (homogenat mózgu królika zakażonego wścieklizną, inaktywowany formaliną) przeciwko wściekliźnie u 9-letniego chłopca pogryzionego przez wściekłego psa, zapoczątkowując w ten sposób erę immunizacji.

W 1882 roku Rosjanin Ilia Miecznikow dokonał pierwszych obserwacji związanych z odpornością komórkową i wprowadził termin fagocytoza, a w 1891 roku Paul Ehrlich zróżnicował odporność na bierną i czynną.

Emil von Behring i Shibasaburo Kitasato wykryli, że króliki uodparniane inaktywowaną toksyną tężcową wykazują odporność na tężec. Co więcej, surowica takich zwierząt podana innym zwierzętom, np. myszom, również chroni je przed chorobą. Surowica zawierała więc antytoksynę i można było przenieść odporność w sposób bierny. Podobne badania von Behring (1890 rok). przeprowadził z toksyną błoniczą, która w formie toksoidu (zneutralizowana toksyna) służyła do uodporniania ludzi przeciwko błonicy. Léon Calmette i Camillie Guérin po kilkunastu latach pracy nad atenuacją prątków bydlęcych wynaleźli w 1921 roku pierwszą szczepionkę BCG (Bacillus Calmette-Guérin) przeciwko gruźlicy.

Znaczące osiągnięcia w światowej wakcynologii mieli również polscy badacze, tacy jak Rudolf Weigl i Hilary Koprowski. Rudolf Weigl pracował w Instytucie Biologii na Uniwersytecie Jana Kazimierza we Lwowie. Jako pierwszy na świecie zastosował szczepionkę przeciwko tyfusowi epidemicznemu wywoływanemu przez Rickettsia prowazekii. Ponieważ bakterie nie rosły in vitro, opracował oryginalną metodę ich namnażania in vivo. W tym celu wyprowadził specjalny szczep wszy, w jelitach których namnażał bakterie. Gdy ich liczba osiągała 10⁷ komórek w komórce nabłonka jelitowego, wypreparowywał jelita i przygotowywał z nich zawiesinę bakterii, które inaktywował fenolem. Szczepionka dawała doskonałą odporność, jednakże z powodu trudnego wojennego okresu, podczas którego przypadł moment jej opracowania, nie była powszechnie znana na świecie. Instytut Weigla w czasie II wojny światowej dawał schronienie wielu prześladowanym i poszukiwanym przez hitlerowców wybitnym przedstawicielom polskiej kultury i nauki, a wytwarzana w nim szczepionka przez polski ruch oporu była przemycana m.in. do warszawskiego getta.

Hilary Koprowski, lekarz pracujący w Lederle Laboratories w Nutley w Stanach Zjednoczonych, uważany jest za prawdziwego ojca żywej szczepionki przeciwko poliomyelitis (znanej również jako choroba Heinego-Medina). Dokonał on pasażu szczepu wirusa polio typu drugiego u szczurów bawełnianych, a następnie podał go domózgowo małpom. Małpy nie zachorowały i nie wystąpiły u nich objawy neurologiczne. Na bazie tak atenuowanego wirusa przygotowano pierwszą partię doustnej szczepionki, którą przyjęli najpierw sami jej twórcy. Pierwsze zastosowanie szczepionki u pacjentów miało miejsce w 1950 roku. Podano ją grupie zagrożonych epidemią choroby niepełnosprawnych dzieci z Litchworth Village sąsiadującej z Lederle Laboratories, które po przyjęciu szczepionki uodporniły się na polio. Wyniki badań nad uodparnianiem przeciwko poliomyelitis Koprowski przedstawił na konferencji w Hershley w Pensylwanii, na której obecny był sceptycznie nastawiony do całego przedsięwzięcia Albert Sabin (uznany później za odkrywcę tej szczepionki). W 1952 roku badacze opublikowali w „American Journal of Hygiene” artykuł na temat zastosowania po raz pierwszy u ludzi doustnej szczepionki przeciwko polio. Koprowski przekazał uzyskany przez siebie szczep wirusa Sabinowi, który wraz z Jonasem Salkiem kontynuował prace nad szczepionką. Szczepy wirusa obecnie używane w szczepionce doustnej nie mają nic wspólnego z oryginalnymi szczepami Koprowskiego i Sabina. Reprezentują one liczne pasaże oryginalnego szczepu. Hilary Koprowski opracował i wprowadził do praktyki wiele innych szczepionek przygotowanych w komórkach ssaków, a w ostatnim okresie pracy również w komórkach roślin (genetycznie modyfikowane jadalne szczepionki roślinne) jako w systemie alternatywnym.

1.2.2. Higiena i antyseptyka

Połowa XIX wieku to również początki powstawania higieny, aseptyki i antyseptyki. Miano pioniera higieny można przypisać węgierskiemu lekarzowi Ignazowi Semmelweisowi. W 1844 roku rozpoczął on pracę na oddziale położniczym Głównego Szpitala w Wiedniu. Szpitale w tamtych czasach były miejscami leczenia przede wszystkim biednych ludzi i miały złą reputację. Umieralność matek z powodu gorączki połogowej i dzieci, jak można by to dziś nazwać, z powodu sepsy była bardzo wysoka. Na oddziałach chirurgicznych często dochodziło do masowych śmiertelnych zakażeń. Oczywiście były to czasy, gdy oficjalnie panowała jeszcze teoria samorództwa i nie wiedziano o roli drobnoustrojów w wywoływaniu chorób. Semmelweis miał zmysł obserwacyjny i analityczny. Spostrzegł, że gorączka połogowa występowała częściej u chorych w tej części szpitala, która służyła nauczaniu, z czym wiązało się częstsze badanie pacjentek zarówno przez lekarzy, jak i studentów. Swoje obserwacje poparł badaniami statystycznymi i wyciągnął wniosek, że to za sprawą lekarzy i studentów dochodzi do zwiększonych zachorowań. Zauważył również, że lekarze przychodzą na oddział bezpośrednio z sali sekcyjnej, w tej samej odzieży, i bez mycia rąk badają pacjentki. Zakładał, że przenoszą w ten sposób niewidzialne czynniki powodujące śmierć rodzących matek i ich dzieci. Wprowadził zasadę zmiany odzieży i mycia rąk przez lekarzy w wodzie chlorowanej przed badaniem pacjentek. Tak prosty i oczywisty z dzisiejszego punktu widzenia, a wyśmiewany przez współczesnych Semmelweisowi zabieg spowodował, że umieralność spadła prawie o dwie trzecie.

Po postawieniu w 1865 roku przez Pasteura tezy, że choroby mogą rodzić się z powietrza, angielski chirurg Joseph Lister przyjął założenie, że można zmniejszyć liczbę śmiertelnych zakażeń, jeżeli rany zabezpieczy się opatrunkiem polewanym środkami chemicznymi. W ten sposób ograniczało się dostęp do rany bakteriom z powietrza i zabijało je. Lister wiedział, że do sterylizacji ścieków używano kwasu karbolowego, który ze względu na silny i nieprzyjemny zapach nie mógł być stosowany u chorych. Jednak po jego oczyszczeniu uzyskano środek o przyjemniejszym zapachu, nazywany fenolem, którego Lister z powodzeniem używał do przemywania ran i nasączania opatrunków. Wyniki swojej pracy opublikował w 1867 roku w „The Lancet”. Odkrycie Listera w przeciwieństwie do zaleceń Semmelweisa zostało przychylnie przyjęte przez środowisko lekarskie, co zainicjowało okres antyseptyki w chirurgii.

1.2.3. Chemioterapia

Erę chemioterapii zapoczątkował niemiecki chemik Paul Ehrlich, współpracownik Kocha. Związki używane do specyficznego wybarwiania bakterii próbował wykorzystać w celu hamowania wzrostu drobnoustrojów. Poszukiwał takich połączeń związków chemicznych, które zabijałyby bakterie, nie szkodząc gospodarzowi (selektywna toksyczność). W 1881 roku odkrył, że błękit metylenowy jest skuteczny przeciwko malarii. Nie znalazł on jednak szerszego zastosowania w leczeniu tej choroby ze względu na udowodnioną wyższą skuteczność chininy. Na początku XX wieku wraz z japońskim asystentem Kiyoshim Shigą rozpoczęli badania nad zastosowaniem organicznych związków arsenu w leczeniu trypanosomozy. W doświadczeniach na myszach, prawdopodobnie wskutek niewyjaśnionego do dziś błędu, wykazali, że kwas arsanilowy jest nieskuteczny przeciwko tej chorobie. Wkrótce brytyjski bakteriolog Harold Thomas dowiódł jednak niezwykłej skuteczności arsenu przeciwko trypanosomozie u myszy.

Drugim błędem, który tym razem szczęśliwie wpłynął na zainteresowanie arsenem, było uznanie przez Fritza Schaudinna i Ericha Hoffmana krętków Treponema pallidum za pierwotniaki, dzięki czemu preparaty arsenowe można było zastosować również do leczenia kiły.

Ehrlich został pierwszym dyrektorem Instytutu George’a Speyera, powołanego w celu prowadzenia badań nad chemioterapią. W 1907 roku doszło tu do odkrycia salwarsanu, który Sahachirō Hata wykorzystał w leczeniu kiły. W 1909 roku środek ten został zastosowany u ludzi.

Kolejnym ważnym wydarzeniem, które wpłynęło na rozwój chemioterapii, było odkrycie w 1935 roku przez Gerharda Domagka antybakteryjnego działania czerwonego barwnika – prontosilu. Był on z powodzeniem stosowany w leczeniu płatowego zapalenia płuc i przyczynił się do zmniejszenia śmiertelności z powodu tej choroby o dwie trzecie. W tym samym roku francuskie małżeństwo Jacques i Thérèse Tréfouël wykazało, że aktywnym składnikiem prontosilu nie jest barwnik, lecz sulfonamid – sulfanilamid.

W 1928 roku szkocki lekarz Aleksander Fleming odkrył penicylinę. Zaobserwował on, że pleśnie Penicillium, które przerosły hodowle gronkowców na pozostawionej w laboratorium płytce Petriego, powodowały lizę bakterii. Uznał, że dzieje się tak za sprawą lizozymu znajdowanego przez niego w różnych płynach tkankowych, uwalnianego tym razem przez grzyby. Zjawisko antagonizmu między drobnoustrojami było znane od czasów Pasteura i nie wzbudzało większego zainteresowania, tym razem jednak doszło do lizy bakterii w wyniku oddziaływania grzybów, co było nowym wydarzeniem. Fleming zdawał sobie sprawę z ważności dokonanej obserwacji. Poszukując mechanizmu odpowiedzialnego za zabijanie bakterii przez grzyby, stwierdził antybakteryjną substancję w płynnej hodowli grzyba i nazwał ją penicyliną. Zastosował bogate w nią filtraty hodowli płynnej grzybów w leczeniu powierzchownych zakażeń bakteryjnych, jednak bez większego sukcesu. Niestety ani jemu, ani jego kolegom nie udało się oczyścić penicyliny. W publikacji poświęconej tej substancji stwierdził, że zabija ona m.in. gronkowce, paciorkowce i gonokoki, a nie działa lub działa bardzo słabo na Salmonella i prątki gruźlicy. Fleming brał pod uwagę lecznicze zastosowanie penicyliny i sugerował, że bakterie mogą stać się na nią oporne.

W 1939 roku René Dubos odkrył gramicydynę. Okazała się ona jednak tak toksyczna, że znalazła zastosowanie tylko w miejscowym leczeniu niektórych zakażeń powierzchownych.

Dopiero w czasie II wojny światowej Howard Florey i Ernst Chain oczyścili penicylinę i odkryli sposób uzyskiwania jej w ilości tak dużej, że można ją było zastosować w lecznictwie. Przemysłową produkcję tego leku rozpoczęto w ramach wojennego projektu z udziałem Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Fleming, Florey i Chain za pracę nad penicyliną otrzymali Nagrodę Nobla. Momentem przełomowym w syntezie tych leków było uzyskanie w 1959 roku kwasu 6-aminopenicylinowego.

Bakteriobójcze właściwości penicyliny i wprowadzenie tego antybiotyku do lecznictwa spowodowały, że zaczęto intensywnie szukać podobnych substancji. Jeden z programów poszukiwania antybiotyków wytwarzanych przez glebowe promieniowce kierowany był przez Selmana Waksmana. W 1944 roku wraz z Albertem Schatzem odkrył on streptomycynę, a później kolejne aminoglikozydy. Wkrótce pojawiły się inne antybiotyki, kolejno m.in. tetracykliny, syntetyczne antybiotyki (np. chloramfenikol), oporne na penicylinazy antybiotyki β-laktamowe i półsyntetyczne penicyliny (np. ampicylina).

Opisane wcześniej substancje w większości z powodzeniem stosowane są do dziś, choć często po licznych modyfikacjach.

1.3. Era genomiki i proteomiki

Możliwość poznania sekwencji bakteryjnych genomów otworzyła drogę do ujawnienia struktury genomu i porównawczej analizy genów różnych organizmów, czyli do powstania genomiki. Stało się to za sprawą Fredericka Sangera (1974 rok), który opracował metodę sekwencjonowania DNA. Sanger wykorzystał swoje wcześniejsze doświadczenia z pracy nad odczytaniem sekwencji aminokwasów bydlęcej insuliny do stworzenia podstaw nowoczesnego sekwencjonowania DNA. Przyjął założenie, że odtwarzanie kolejności zasad w łańcuchu kwasu nukleinowego jest zgodne z zasadą ich komplementarności. Technika Sangera w początkach jej użycia była zbyt wolna i przez całe lata udawało się zapisać tylko miliony liter kodu z łańcucha DNA zawierającego ich miliony, czy nawet miliardy. Z kolei wykorzystywanie DNA do rekombinacji genetycznej było istotnie ograniczone przez brak możliwości uzyskania tego związku w dostatecznej ilości. Problem ten został rozwiązany w pierwszej połowie lat 80. XX wieku przez Karego Mullisa który wynalazł metodę powielania kwasu nukleinowego (amplifikacji) przy zastosowaniu odkrytej pod koniec lat 70. przez Thomasa Brocka i Hudsona Freeze’a ciepłostabilnej polimerazy Tag (Thermus aquaticus) DNA. Metodą łańcuchowej reakcji polimerazy (polymerase chain reaction, PCR) można było uzyskać olbrzymią liczbę kopii specyficznego fragmentu DNA, a później również RNA. Metoda znalazła wkrótce zastosowanie w szeroko pojętej diagnostyce mikrobiologicznej w formie diagnostycznych testów do wykrywania specyficznej dla danego drobnoustroju sekwencji i jej powielania, szczególnie w odniesieniu do drobnoustrojów niehodujących się in vitro lub szczególnie niebezpiecznych dla pracowników laboratorium. Metoda zrewolucjonizowała również sposoby sekwencjonowania kwasów nukleinowych, dając możliwości powielania dowolnego fragmentu DNA i jego odrębnej analizy.

Gen stał się przedmiotem badania w celu poznania sprawowanej funkcji, produktu i sposobu regulacji jego ekspresji. Na podstawie identyfikacji genów zjadliwości, poznania profilu transkrypcyjnego patogenu, jego udziału w pobudzaniu lub hamowaniu transkrypcji genów komórek gospodarza itp. można było poznać i zrozumieć biologię mikroorganizmów oraz mechanizmy ich patogenności, łącznie z patogenezą wywoływanych chorób, na poziomie molekularnym. Zjawiska te można było analizować w komórkach gospodarza podczas zakażenia, rozwoju choroby i jej przebiegu oraz leczenia. Genomika wraz z wywodzącą się z niej proteomiką (bada ekspresję białek) znacząco przyczyniły się do doskonalenia szczepionek poprzez stworzenie możliwości doboru najbardziej immunogennych białek kodowanych przez geny różnych mikroorganizmów, poznania mechanizmów lekooporności i punktów uchwytu dla nowych antybiotyków. Z kolei przy udziale proteomiki udało się wykryć i określić funkcje kodowanych białek. Sekwencje genomowego DNA kodujące białka między kodonem startu i stopu nazywa się otwartą ramką odczytu (open reading frame, ORF). Pierwszym etapem po odczytaniu sekwencji jest identyfikacja otwartych ramek odczytu i przetłumaczenie sekwencji DNA na sekwencje aminokwasów. Kodony startu mają sekwencje AUG, stopu – UCA, UAA i UGA. Każdy trójzasadowy kodon w mRNA odpowiada określonemu aminokwasowi. Po odnalezieniu ORFs można porównać sekwencje znanych białek (w bazach danych) do sekwencji ORFs i na tej podstawie przewidzieć ich funkcje. Około ²/₃ ORFs w pełni zsekwencjonowanych genomach bakteryjnych koduje białka o znanych funkcjach. Poznanie specyficznych białek, jakie powstają podczas zakażenia, stwarza dodatkowo możliwości poszukiwania w nich punków uchwytu dla neutralizujących je potencjalnych leków.

Genomika przyczyniła się również do poznania ewolucji świata ożywionego. Ewolucyjne powiązania różnych form świata ożywionego mogą być wyprowadzane na podstawie porównywania sekwencji ich związków wielkocząsteczkowych, w szczególności rybosomowego RNA. Koncepcję taką wysunął w latach 70. XX wieku Carl Woese. W 1981 roku poddał pomysł, aby na podstawie porównania sekwencji genów kodujących 16S rRNA różnych organizmów przeanalizować ich genetyczne pokrewieństwo. Wyszedł z założenia, że skoro wszystkie organizmy mają 16S rRNA i u wszystkich służy on do kodowania syntezy białek, musi: to być sekwencja niezwykle konserwatywna. Przez następne lata tworzył olbrzymią bibliotekę sekwencji 16S rDNA różnych organizmów, które można ze sobą porównywać i utworzyć w ten sposób filogenetyczne zależności między nimi składające się na uniwersalne drzewo życia. Wdrożenie nowych technologii sekwencjonowania i włączenie komputerów do analizy sekwencji rybosomowego RNA w celu odtwarzania filogenetycznych zależności pomiędzy badanymi organizmami (tworzenia drzewa filogenetycznego) spowodowało, że metody te stały się powszechne. Nowo rozpoznawane sekwencje są porównywane ze znanymi sekwencjami zgromadzonymi w bazach danych, jak np. RPD (Ribosomal Database Project), GenBank (USA), DDBs (DNA Data Bank, Japonia), czy EMBL (European Molecular Biology Laboratory, Niemcy). Uniwersalne drzewo filogenetyczne jest więc mapą drogową życia. Przedstawia ewolucyjną historię wszystkich organizmów i w jasny sposób odsłania ten moment w historii ewolucji, od którego wszystkie przejawy życia na Ziemi wzięły swój początek od wspólnego przodka określanego jako uniwersalny przodek. W różnicowaniu się organizmów początkowo można zaobserwować dwa kierunki: Bacteria i drugi wspólny, który dał początek – Archea i Eukarya. 16S rRNA stał się więc powszechnie wykorzystywanym celem analizy filogenetycznej. Za pomocą metod amplifikacji oraz określania sekwencji można było wykryć i zidentyfikować do poziomu gatunku trudno lub niehodujące się patogeny bezpośrednio w tkankach zwierząt i człowieka. Co więcej, takim drobnoustrojom można było nadać taksonomiczną przynależność i na tej podstawie przewidzieć właściwości w porównaniu do drobnoustrojów pokrewnych.

Ukoronowaniem osiągnięć biologii molekularnej i genomiki było zakończenie w 2000 roku projektu badawczego poświęconego poznaniu sekwencji ludzkiego genomu. Badania, które w oryginale brzmiały „U.S. Human Genome Project”, zostały zapoczątkowane w 1990 roku i były koordynowane przez Departament Energii USA i Narodowy Instytut Zdrowia (NIH). Miały trwać 15 lat i przeznaczono na nie wydatek 13 miliardów USD. Realizujący projekt zespół badawczy z The Institute for Genomic Research (TIGR) pod przewodnictwem Craiga Ventera przy współpracy Hamiltona Smitha opracował w 1991 roku nową metodę sekwencjonowania nazwaną shotgunning. Pozwalała ona na odczytanie sekwencji genów w obydwu kierunkach nici DNA. Opierając się na tej metodzie, TIGR zbadał i opublikował w 1995 roku kompletną sekwencje genomu bakterii Haemophilus influenzae, składającą się z prawie 2 milionów nukleotydów. W 1998 roku w wyniku nieporozumienia co do opatentowania wynalazku i jego opublikowania, Venter opuścił TIGR, przechodząc do PE Corporation i założył własną firmę o nazwie Celera, co po łacinie oznacza „szybko”. Dzięki nowoczesnym zautomatyzowanym urządzeniom (Applied Biosystem’s ABI Prism 3700) praca posuwała się w dużym tempie. Równolegle badania były prowadzone w NIH, jednak Celera w nich przodowała. Po ogłoszeniu przez prezydenta Billa Clintona, że sekwencja DNA ludzkiego genomu zostanie upubliczniona, obydwie instytucje połączyły siły i prace udało się zakończyć w czerwcu 2000 roku. Odkryta sekwencja została zaś opublikowana 15 lutego 2001 roku w czasopiśmie „Nature and Science”.

2. WPROWADZENIE DO EPIDEMIOLOGII CHORÓB ZAKAŹNYCH

Małgorzata, Bała, Magdalena, Rosińska

Epidemiologia chorób zakaźnych z jednej strony wykorzystuje metodologię epidemiologii ogólnej, ale z drugiej operuje szeregiem specyficznych pojęć i obejmuje zagadnienia, które nie dotyczą innych działów epidemiologii. O specyfice epidemiologii chorób zakaźnych decyduje dynamika szerzenia się tych chorób. Zachorowanie jednej osoby jest nie tylko wynikiem pewnego procesu, lecz także może przyczynić się do kolejnych zakażeń i zachorowań, co powoduje, że choroby zakaźne mogą szerzyć się szybciej niż choroby o innej etiologii. Drugą szczególną cechą chorób zakaźnych jest zdolność wywoływania odporności po przechorowaniu. Odporność może być również wynikiem szczepień, które jak dotąd mają zasadniczy wpływ na występowanie jedynie chorób zakaźnych.

2.1. Podstawowe pojęcia i definicje

Przez epidemię rozumiemy wzrost liczby zachorowań w określonej populacji, w danym czasie istotnie przekraczający poziom oczekiwany na podstawie obserwacji w poprzedzającym okresie. W przypadku chorób nowych lub niewystępujących już nawet pojedyncze zachorowania mogą zostać uznane za epidemię. Jeśli epidemia występuje jednocześnie na terenie wielu krajów i kontynentów, wówczas mówimy o pandemii.

O potencjale epidemicznym czynnika zakaźnego decydują jego zaraźliwość, patogenność i wirulencja. Chorobotwórczość (patogenność) to zdolność czynnika zakaźnego do wywołania objawów, mierzona odsetkiem przypadków objawowych wśród wszystkich zakażonych. Niska patogenność wiąże się z pojęciem nosicielstwa, czyli bezobjawowego bytowania drobnoustrojów chorobotwórczych w organizmie, np. nosicielstwo meningokoków. Do nosicielstwa może też dochodzić po wyzdrowieniu chorego, jak np. w durze brzusznym. Kolonizacja to obecność bakterii na powierzchni ciała (skórze lub błonach śluzowych) bez powodowania choroby u człowieka.

Wirulencja (zjadliwość) jest również ilościową miarą chorobotwórczości, dotyczy odsetka zachorowań o ciężkim przebiegu bądź przypadków zakończonych zgonem wśród wszystkich zakażonych. Choroby o wysokiej wirulencji są zwykle postrzegane jako problem zdrowotny. Cechują się one z reguły niższą zaraźliwością, choć istnieją tu wyjątki, jak np. ospa prawdziwa, wąglik wziewny czy gorączka krwotoczna Ebola charakteryzujące się zarówno wysoką zjadliwością, jak i wysoką zaraźliwością.

Zaraźliwość można zdefiniować poprzez dawkę zakaźną, czyli minimalną liczbę mikroorganizmów niezbędnych, aby doszło do zakażenia. Jeśli choroba szerzy się pomiędzy ludźmi, to miarą zaraźliwości jest odsetek przypadków wtórnych w stosunku do liczby osób wrażliwych na zakażenie, które zostaną narażone. Okres, podczas którego osoba może zakażać innych, nosi nazwę okresu zaraźliwości, który nie musi i często nie jest tożsamy z okresem choroby objawowej. Okres zaraźliwości ma jednak kluczowe znaczenie z punktu widzenia zapobiegania dalszej transmisji choroby. Choroby, dla których okres zaraźliwości rozpoczyna się pod koniec okresu inkubacji (wylęgania) choroby, jak np. w przypadku COVID-19, są trudniejsze do zwalczenia, gdyż wymagają identyfikacji zakażonych, zanim wystąpią u nich objawy choroby. Okres wylęgania choroby (inkubacji) to czas pomiędzy zakażeniem a pojawieniem się pierwszych objawów choroby. Okres inkubacji może zależeć od dawki zakażającej i drogi zakażenia, a także zmienności osobniczej gospodarza.

Z uwagi na jasno zdefiniowany czynnik etiologiczny skuteczne programy zwalczania chorób zakaźnych mogą prowadzić do ich eliminacji lub całkowitej eradykacji. Eliminacja to doprowadzenie do sytuacji niewystępowania rodzimych zachorowań na chorobę na danym terenie, pomimo że występuje ona na innych obszarach. Krążenie czynnika zakaźnego na tym obszarze zostaje przerwane. Przykładem eliminacji choroby na terenie Europy jest eliminacja poliomyelitis. Dąży się do eliminacji odry i różyczki wrodzonej, a także tężca noworodków. Do eradykacji dochodzi wówczas, gdy na całym świecie nie występują już przypadki choroby, tym samym czynnik zakaźny nie występuje już w warunkach naturalnych. Spośród dotychczasowych inicjatyw (eradykacja ospy prawdziwej, malarii, żółtej gorączki i frambezji) sukcesem zakończył się program eradykacji ospy prawdziwej. Programy realizowane obecnie to program eradykacji poliomyelitis i drakunkulozy. Choć doprowadziły one do znacznego ograniczenia zachorowalności na te choroby, to cel całkowitej eradykacji wydaje się nadal trudny do osiągnięcia.

2.1.1. Proces epidemiczny

Proces epidemiczny (zakaźny) jest kluczową koncepcją w epidemiologii chorób zakaźnych. Opisuje on elementy niezbędne do szerzenia się choroby od rezerwuaru czynnika zakaźnego i źródła zakażenia poprzez drogi przenoszenia patogenu, wrota wejścia, reakcję organizmu podatnego gospodarza, po wrota wyjścia (ryc. 2.1).

Schemat ten, choć bardzo uproszczony, pozwala uporządkować zarówno wiedzę dotyczącą epidemiologii danej choroby, jak i możliwe działania przeciwepidemiczne, które dotyczą jednego lub więcej z trzech elementów:

• eliminacja źródła zakażenia lub zarażenia;

• przecięcie dróg szerzenia;

• uodpornienie osób jeszcze podatnych (szczepienia lub uodpornienie bierne).

Komplementarna jest koncepcja triady epidemiologicznej (ryc. 2.2), wskazująca, że aby mogło dojść do zakażenia/zachorowania niezbędne są następujące elementy:

• czynnik chorobotwórczy;

• podatny gospodarz;

• odpowiednie warunki środowiskowe.

Triada epidemiologiczna wskazuje na różne czynniki zależne od samego zarazka, gospodarza oraz innych czynników zewnętrznych, które mogą wpłynąć na większe lub mniejsze ryzyko zajścia procesu epidemicznego.

RYCINA 2.1.

Schematyczne przedstawienie procesu epidemicznego

Rezerwuar zarazka jest zdefiniowany jako szeroko rozumiane naturalne biologicz-ne środowisko (np. człowiek, zwierzę, gleba, woda), w którym zarazek bytuje przez długi czas, zachowując swoją zjadliwość i/lub, w którym może zachodzić jego cykl życiowy. Źródło zakażenia to element środowiska, zwierzę lub człowiek, z którego czynnik zakaźny został przeniesiony na osobę podatną. Rezerwuar może być źródłem zakażenia, jednak zdarzają się sytuacje, w których brak bezpośredniego kontaktu, np. pomiędzy rezerwuarem zwierzęcym a człowiekiem, sprawia, że dopiero skażone produkty, np. spożywcze, stają się źródłem zakażenia. W przypadku chorób, dla których jedynym gospodarzem jest człowiek – osoby zakażone są zarówno źródłem, jak i rezerwuarem zarazka.

RYCINA 2.2.

Schematyczne przedstawienie triady epidemiologicznej

Drogę zakażenia, czyli sposób, w jaki czynnik chorobotwórczy zostaje przeniesiony ze źródła na osobę podatną, można podzielić na bezpośrednią i pośrednią (patrz rozdz. 2.1.2). W przeniesieniu patogenu na osobę podatną może brać udział przenosiciel (wektor). Wektorami chorób zakaźnych są najczęściej stawonogi, zwłaszcza owady (np. komary) i pajęczaki (np. kleszcze). W organizmie wektora może przebiegać część cyklu życiowego patogenu. W odróżnieniu od wektora skażony przedmiot, żywność lub materiał biologiczny, z którego drobnoustrój przenosi się na osobę podatną, jest nazywany nośnikiem. Czynnik zakaźny dostaje się do organizmu człowieka poprzez wrota wejścia, a opuszcza go poprzez wrota wyjścia.

2.1.2. Główne drogi szerzenia się chorób zakaźnych

Drogi szerzenia się chorób zakaźnych można podzielić na bezpośrednie i pośrednie, w przypadku których konieczny jest nośnik bądź wektor. Kontakt bezpośredni oznacza konieczność fizycznej, bliskiej obecności.

Droga kropelkowa i droga powietrzna. Pomimo zbliżonego mechanizmu drogę kropelkową uznaje się za typ kontaktu bezpośredniego, podczas gdy droga powietrzna jest już drogą pośrednią, wymagającą możliwości utrzymywania się zakaźnych cząstek w powietrzu. Zarówno w przypadku drogi kropelkowej, jak i powietrznej drobnoustroje są wydalane z dróg oddechowych osoby zakażonej podczas kaszlu, kichania i mówienia, czy nawet oddychania. Niektóre procedury medyczne, takie jak bronchoskopia lub spirometria, prowadzą do powstania aerozoli, które mogą zawierać cząstki zakaźne. W przypadku drogi kropelkowej drobnoustroje znajdują się w cząstkach wydzieliny dróg oddechowych wielkości > 5 µm (5–100 µm), które opadają w odległości 1–3 m od źródła i nie pozostają długo w powietrzu. Cząstki mniejsze niż 5 µm mają tendencję do utrzymywania się przez dłuższy czas w powietrzu i zależnie od ruchu powietrza mogą być transportowane na większe odległości, również w systemach wentylacyjnych. Do przeniesienia zakażenia drogą powietrzną nie jest konieczna bezpośrednia obecność osoby zakażonej.

Droga pokarmowa i fekalno-oralna. Czynnik zakaźny dostaje się do organizmu poprzez spożycie skażonej żywności. Żywność może zostać skażona na każdym etapie produkcji. Część patogenów pochodzi od zwierząt będących źródłem spożywanego mięsa czy nabiału. W przypadku drogi fekalno-oralnej skażona może zostać żywność (brak higieny personelu przygotowującego posiłek), ale najczęściej do zakażenia dochodzi poprzez nieumyte ręce osoby spożywającej posiłek. Powiązaną drogę przenoszenia patogenów stanowi przenoszenie przez wodę. Jest to o tyle odrębny problem, że skażenie wody stanowi zagrożenie dla większej liczby osób.

Naruszenie ciągłości tkanek i droga krwiopochodna. Droga ta dotyczy zakażeń, w przypadku których czynnik chorobotwórczy wnika do organizmu poprzez uszkodzoną skórę lub błony śluzowe. Do zakażeń krwiopochodnych dochodzi, jeśli w wyniku naruszenia ciągłości tkanek dochodzi do kontaminacji krwią lub zakaźnymi płynami ustrojowymi osoby zakażonej. Do tego typu zakażeń może dojść w wyniku przeprowadzania zabiegów medycznych (w tym iniekcji) lub niemedycznych (tatuaże, piercing) niejałowym sprzętem, a zwłaszcza w przypadku wspólnego użytkowania sprzętu do iniekcji niemedycznych, najczęściej w kontekście przyjmowania substancji odurzających.

Droga płciowa. Do zakażenia dochodzi podczas kontaktów seksualnych, kiedy ma miejsce bezpośrednie przeniesienie zakażenia w obrębie układu płciowego. Drogą płciową, tj. podczas kontaktów seksualnych, mogą się również przenosić inne choroby na skutek kontaktu bezpośredniego lub drogą fekalno-oralną.

Kontakt bezpośredni. Droga ta oznacza przeniesienie drobnoustroju poprzez bezpośrednią styczność (dotyk). Zwykle dotyczy przeniesienia drobnoustroju na błony śluzowe z uwagi na to, że nieuszkodzona skóra stanowi barierę dla większości czynników zakaźnych. Skóra może jednak stanowić wrota wejścia dla niektórych pasożytów.

Kontakt pośredni. Dotyczy wszystkich sytuacji, w których do zakażenia dochodzi poprzez skażony przedmiot lub powierzchnię. Rolę nośnika może też pełnić inna osoba, np. przy niezachowaniu odpowiednich procedur patogeny mogą zostać przeniesione na rękach personelu medycznego.

Droga wertykalna. Dotyczy zakażenia lub zarażenia dziecka od matki w trakcie trwania ciąży, podczas porodu lub karmienia piersią. Dla poszczególnych chorób okres największego ryzyka zakażenia jest zróżnicowany. Dla chorób krwiopochodnych najczęściej do zakażenia odmatczynego dochodzi w okresie okołoporodowym.

Droga wektorowa. Do zakażenia dochodzi poprzez ukąszenie owada/pajęczaka. Najczęściej część cyklu życiowego patogenu odbywa się w organizmie wektora i warunkiem szerzenia się chorób tą drogą jest występowanie rezerwuaru drobnoustroju i obecność wektora na danym obszarze. Z tego powodu występowanie chorób wektorowych jest najsilniej zróżnicowane geograficznie, zależne od zasięgu bytowania wektora.

2.2. Szczepienia w zapobieganiu chorobom zakaźnym

Szczepienia są jednym z ważniejszych narzędzi w zapobieganiu chorobom zakaźnym. Skuteczność szczepień można definiować za pomocą pomiaru markerów wywoływanej przez nie reakcji odpornościowej organizmu (patrz rozdz. 4.4) lub w kategoriach obserwacji rzeczywistej ochrony przed chorobą. W tym drugim przypadku skuteczność szczepień mierzy się jako procentową redukcję ryzyka wystąpienia zdarzenia końcowego. W zależności od stawianego przed szczepionką celu zdarzeniem końcowym może być zakażenie, zachorowanie, hospitalizacja, zgon lub inny stan kliniczny, który ma znaczenie dla konkretnej choroby zakaźnej.

Odnosząc się do miar epidemiologicznych, skuteczność szczepień (vaccine efficacy, VE) definiuje się jako względne zmniejszenie (redukcja) ryzyka (Relative Risk Reduction, RRR). Jest to procentowa redukcja ryzyka wystąpienia niekorzystnego punktu końcowego (np. zachorowania) wynikająca z zastosowania określonej interwencji (w tym przypadku szczepienia).

Rozróżniamy skuteczność szczepień w badaniach klinicznych (vaccine efficacy) i skuteczność szczepień w warunkach rzeczywistych (vaccine effectiveness). Te dwie wartości mogą się różnić ze względu na zwykle restrykcyjny dobór osób do badań klinicznych i szczegółowe przestrzeganie protokołu badań. Do oceny skuteczności (w drugim przypadku) stosuje się głównie badania kohortowe. W niektórych przypadkach można jednak posłużyć się badaniem kliniczno-kontrolnym, wówczas we wzorze ryzyko względne zastępowane jest ilorazem szans (patrz rozdz. 2.3.2).

W przypadku jeśli zakażenie przenosi się pomiędzy ludźmi, szczepienia prowadzą do przerwania procesu zakaźnego i tym samym ograniczają ryzyko zakażenia także dla osób niezaszczepionych. Ta pośrednia ochrona osób niezaszczepionych w populacji o wysokim stanie zaszczepienia nosi nazwę odporności zbiorowiskowej (populacyjnej, stadnej, herd immunity). Zjawisko odporności zbiorowiskowej występuje również w przypadku wysokiego stopnia uodpornienia populacji w wyniku naturalnej odporności po przechorowaniu. Było ono powodem występowania chorób wieku dziecięcego w cyklach kilkuletnich przed wprowadzeniem szczepień ochronnych. W momencie nagromadzenia osób wrażliwych na zakażenie (nowe roczniki dzieci) następowała epidemia wyrównawcza, w trakcie której chorowała większość podatnych dzieci, co z kolei powodowało wygaszenie epidemii.

Próg odsetka osób uodpornionych w populacji, powyżej którego epidemia samoistnie wygasa, nazywany jest progiem odporności zbiorowiskowej. Zależy od zaraźliwości choroby i struktury kontaktów społecznych. Przyjmuje się, że docelowy stan zaszczepienia powinien co najmniej osiągnąć wartość progu odporności zbiorowiskowej, z tym że należy wziąć pod uwagę niepełną skuteczność szczepień.

2.3. Podstawowe miary i wskaźniki

2.3.1. Podstawowe wskaźniki epidemiologiczne

Mierniki rozpowszechnienia choroby w populacji obejmują zapadalność i chorobowość. Zapadalność skumulowana (cumulative incidence) to liczba nowych przypadków choroby w danej populacji w określonym przedziale czasowym względem liczby osób narażonych (podatnych na zakażenie) na początku okresu obserwacji. Jest miarą ryzyka. Dla zapadalności skumulowanej w przypadku ogniska epidemicznego używa się pojęcia zapadalności w ognisku (attack rate), bez odniesienia do czasu. W przypadku, gdy czas obserwacji różni się pomiędzy osobami lub obserwacja ma miejsce w różnym czasie, używa się współczynnika gęstości zapadalności (incidence density), który stanowi liczbę nowych przypadków w przeliczeniu na sumaryczny czas obserwacji (np. osobolata).

Chorobowość (prevalence) jest miarą częstości występowania choroby w określonym punkcie czasowym (chorobowość punktowa, point prevalence) lub w określonym przedziale czasu (chorobowość okresowa, period prevalence) stanowiącą liczbę przypadków choroby względem liczebności całej populacji. Chorobowość zależy od zapadalności i czasu trwania choroby.

Umieralność (mortality) to liczba zgonów w określonym przedziale czasu względem liczby osób w populacji w tym czasie (w połowie okresu obserwacji), zwykle wyrażona w przeliczeniu na 100 tys. osób (surowy współczynnik umieralności). Może dotyczyć zgonów z jakiejkolwiek przyczyny (umieralność ogólna) lub z powodu określonej choroby. Miarą ciężkości przebiegu choroby jest śmiertelność (case fatality) określona jako odsetek osób chorych na daną chorobę, które zmarły z jej powodu. Umieralność z powodu danej choroby zależy od rozpowszechnienia i śmiertelności tej choroby.

2.3.2. Miary związku

Ryzyko względne (relative risk) to iloraz zapadalności w grupie narażonej i zapadalności w grupie nienarażonej. Iloraz szans (odds ratio) stanowi przybliżenie ryzyka względnego i jest ilorazem szansy narażenia wśród chorych oraz szansy narażenia w grupie kontrolnej. Ryzyko przypisane (attributable risk) to różnica zapadalności (różnica ryzyka) w grupie narażonych i nienarażonych. Określa, jaki odsetek przypadków wśród narażonych można przypisać narażeniu. W całej populacji można określić ryzyko przypisane w populacji (population attributable risk percent), które wskazuje, jaki odsetek przypadków w populacji można przypisać narażeniu.

2.3.3. Wskaźniki obciążenia chorobą

Chorobowość i umieralność stanowią proste miary obciążenia chorobą, jednak ze względu na specyfikę poszczególnych chorób i ich różne konsekwencje społeczne opracowano złożone wskaźniki, które umożliwiają porównanie obciążenia populacji różnymi chorobami. Najczęściej stosuje się liczbę utraconych lat życia skorygowanych niepełnosprawnością – DALY (disability adjusted life years), która łączy utracone lata życia (years of life lost, YLL – stanowiące miarę przedwczesnej umieralności) oraz lata życia w niepełnosprawności (years lived with disability, YLD) obliczone z użyciem wag niepełnosprawności, zdefiniowanej jak odstępstwo od idealnego zdrowia w każdej jego domenie; wagi są opracowane przez Światową Organizację Zdrowia.

Innym złożonym wskaźnikiem jest długość życia skorygowana o jego jakość – QALY (quality adjusted life years) obliczona jako iloczyn lat życia i użyteczności stanu zdrowia (utility – wartość przypisywana przez ludzi dla uzyskania korzyści zdrowotnych i uniknięcia niekorzystnych skutków choroby, przyjmująca wartości od 0 – zgon do 1 – pełne zdrowie). QALY wykorzystuje się w analizach ekonomicznych jako miernik efektów zdrowotnych ocenianej interwencji.

2.4. Badania epidemiologiczne

2.4.1. Kryteria przyczynowości

Celem badań epidemiologicznych jest często potwierdzenie lub wskazanie istnienia związku przyczynowo-skutkowego. Samo stwierdzenie istotnego statystycznie związku nie jest wystarczające dla potwierdzenia istnienia związku przyczynowo-skutkowego ze względu na możliwość zaistnienia błędu systematycznego, wystąpienia czynników zakłócających czy błędu losowego.

Z tego względu Sir Austin Bradford Hill w 1965 roku zaproponował 9 kryteriów/obszarów do rozważenia z przeprowadzeniem wnioskowania, które z pewnym prawdopodobieństwem pozwolą określić, czy obserwowany związek może mieć charakter przyczynowo-skutkowy [na podstawie: Hill A.B.: The environment and disease: association and causation? Proc R Soc Med. 1965, 58(5): 295–300]:

• Siła zależności – o ile większe jest ryzyko w grupie narażonej w porównaniu z nienarażoną (np. wyrażone RR).

• Zależność czasowa – narażenie poprzedza chorobę.

• Zależność dawka–odpowiedź – większa intensywność narażenia wiąże się z większym ryzykiem zachorowania lub cięższym przebiegiem.

• Powtarzalność – podobne wyniki w badaniach przeprowadzonych w innych badaniach (inni badacze, populacja, czas).

• Uzasadnienie biologiczne – istnieje wiarygodne wyjaśnienie biologiczne związku przyczyny i skutku.

• Zgodność z aktualną wiedzą.

• Potwierdzenie w badaniach eksperymentalnych.

• Swoistość – jedno narażenie wiąże się z jednym skutkiem (np. wirus odry wywołuje odrę); w rzeczywistości rzadko możliwe do spełnienia.

• Analogia – potwierdzone istnienie podobnych związków.

2.4.2. Rodzaje badań

W zależności od roli badacza badania epidemiologiczne dzieli się na badania eksperymentalne (badacz decyduje o narażeniu/zastosowaniu interwencji) i obserwacyjne (badacz biernie obserwuje narażenia, zachorowania, stosowane leczenie i jego wyniki).

Badania eksperymentalne są badaniami prospektywnymi, w których porównuje się częstość (ryzyko) występowania określonych w badaniu punktów końcowych w grupie poddanej interwencji badanej (narażonej) i w grupie niepoddanej tej interwencji (nienarażonej/kontrolnej/placebo). W badaniach eksperymentalnych można także porównywać dwie lub więcej interwencji.

Niezwykle ważnym aspektem badań eksperymentalnych jest uzyskanie porównywanych grup, które na początku badania są podobne pod względem czynników wpływających na wystąpienie punktów końcowych (rokowanie) i w ten sposób zakłócających obserwację oraz wnioskowanie. Nie jest możliwe przypisanie uczestników badania przez badacza do grup w taki sposób, aby były one podobne pod względem wszystkich czynników zakłócających, gdyż często nie wszystkie czynniki zakłócające są znane. Jedynym sposobem osiągnięcia wyjściowej równowagi czynników zakłócających (eliminacji ich wpływu na wyniki) jest losowy dobór uczestników badania do grup (randomizacja). Dzięki temu każdy uczestnik będzie miał taką samą szansę dostania się do grupy badanej i kontrolnej, co prowadzi do osiągnięcia równomiernego rozkładu czynników rokowniczych/zakłócających. Takie badania nazywa się badaniami z randomizacją (randomized controlled trial). Aby proces randomizacji był rzeczywiście losowy, powinien zostać utajniony, czyli osoba kwalifikująca uczestnika do badania nie powinna wiedzieć, do której grupy zostanie on przydzielony. Taką procedurę nazywa się utajnieniem randomizacji (concealment of allocation). W odróżnieniu od ślepej próby dotyczy tylko randomizacji i zawsze można ją wykonać. Dzięki temu eliminuje się świadomy lub nieświadomy wpływ osoby kwalifikującej uczestnika do badania na przydział do grup. Badania, w których metoda przydziału do grup umożliwia jego przewidzenie, czyli nie jest całkowicie losowa (np. dzień tygodnia, miesiąca, numer karty uczestnika) nazywa się badaniami z pseudorandomizacją.

Randomizacja może dotyczyć pojedynczych uczestników badania, ale także miejsc wdrożenia interwencji w przypadku interwencji stosowanych na poziomie populacji (np. zmiany prawa, kampanie medialne), wówczas mówi się o badaniach z randomizacją grupową (cluster randomized trial).

Badanie eksperymentalne może także być przeprowadzone w układzie naprzemiennym (cross over), gdy uczestnicy poddawani są najpierw jednej interwencji, a po przerwie (wash-out period) umożliwiającej ustanie działania pierwszej interwencji otrzymują drugą interwencję.

Oprócz randomizacji wiarygodność badania eksperymentalnego zwiększa zastosowanie metody ślepej próby, zapewnianiającej takie same traktowanie uczestników badania. Tradycyjnie określenie podwójnie ślepa próba (double blind) dotyczy sytuacji, gdy uczestnik badania i badacz nie wiedzą, jakiej interwencji poddawany jest uczestnik, jednak określenie to może dotyczyć sytuacji, gdy także osoby oceniające wystąpienie punktów końcowych lub analizujące dane nie znają przynależności do grupy. Z tego względu autorzy badania powinni wskazać, kogo dotyczyła ślepa próba. W przypadku stosowania metody ślepej próby otrzymywane leczenie powinno dla obserwatora wyglądać identycznie w porównywanych grupach.

Ze względu na charakter stosowanych interwencji nie zawsze jest możliwe zastosowanie metody podwójnie ślepej próby (np. porównując interwencje chirurgiczne i zachowawcze) – w przypadku znajomości przynależności do grup zarówno przez uczestników, jak i badaczy mówi się o próbie otwartej (open label). Wówczas wiarygodność zwiększa się, gdy osoby oceniające wystąpienie punktu końcowego nie wiedzą, w której grupie był uczestnik.

Pozostałe procedury zwiększające wiarygodność badań eksperymentalnych obejmują zapewnienie oceny skutków interwencji u wszystkich uczestników badania poddanych randomizacji (completeness of follow up) i analizę uczestników w grupach, do których zostali przydzieleni losowo na początku badania (intention to treat analysis).

Badania obserwacyjne obejmują badania analityczne (kohortowe i kliniczno-kontrolne), które umożliwiają ocenę związku między narażeniem a punktem końcowym (zachorowaniem) oraz badania opisowe (przekrojowe, ekologiczne, opisy przypadku lub serii przypadków, analizy rejestrów).

Niezwykle ważnym aspektem badań obserwacyjnych jest określenie populacji źródłowej (referencyjnej), do której będą się odnosić ich wyniki. W przypadku obserwacyjnych badań analitycznych kluczowe znaczenie ma dobór grupy kontrolnej, która powinna być jak najbardziej podobna do grupy narażonej.

W badaniu kohortowym (cohort study) punktem wyjścia jest narażenie, porównuje się częstość występowania punktu końcowego (choroby) w grupie narażonych (otrzymujących interwencję) i nienarażonych (nieotrzymujących interwencji). Podstawowym założeniem badania jest niewystępowanie badanego punktu końcowego (choroby) u uczestników badania w momencie jego rozpoczęcia. Długofalowa obserwacja umożliwia stwierdzenie wystąpienia badanego punktu końcowego (choroby), dzięki temu narażenie poprzedza punkt końcowy, co jest ważne dla wnioskowania o związku przyczynowo-skutkowym.

Badania kohortowe mogą być prowadzone w sposób prospektywny (uczestnicy zakwalifikowani do badania są obserwowani prospektywnie pod względem wystąpienia punktu końcowego) i retrospektywny (na podstawie dokumentacji medycznej, np. danych z rejestrów, wówczas uczestnicy są kwalifikowani do grupy narażonej i nienarażonej, a następnie ustala się, czy wystąpił u nich punkt końcowy).

W badaniach tych możliwe jest określenie zapadalności w grupach narażonych i nienarażonych oraz wyliczenie ryzyka względnego. Grupy narażonych i nienarażonych powinny być reprezentatywne dla odpowiednich populacji referencyjnych.

Rzadko możliwe jest zakwalifikowanie wszystkich uczestników badania w jednym momencie, najczęściej ich rekrutacja prowadzona jest stopniowo, a czas obserwacji może być różny dla poszczególnych uczestników. W przypadku punktowego ogniska epidemicznego, gdy narażenie jest jednoczasowe (np. przyjęcie weselne) możliwe jest włączenie wszystkich uczestników w jednym momencie i obserwowanie przez ten sam czas, określając zapadalność skumulowaną w grupie narażonych (spożyli badany produkt) i nienarażonych (nie spożyli badanego produktu). Badanie kohortowe może być prowadzone w kohorcie populacyjnej, reprezentatywnej dla populacji referencyjnej i wówczas bada się równoczesny efekt narażenia na każdy z wielu czynników ryzyka.

W badaniu kliniczno-kontrolnym (case control) punktem wyjścia jest badana choroba/stan kliniczny. Porównuje się grupę osób z badaną chorobą i grupę kontrolną pod względem narażeń lub czynników ryzyka, a obie grupy powinny pochodzić z tej samej populacji źródłowej, np. w przypadku ogniska epidemicznego populacją źródłową będą wszystkie osoby uczestniczące w przyjęciu. Uczestnicy grupy kontrolnej powinni być jak najbardziej podobni do uczestników grupy przypadków, szczególnie pod względem rozkładu badanych narażeń; w idealnych warunkach uczestników grupy kontrolnej powinno się dobierać losowo z populacji źródłowej, co nie zawsze jest możliwe. Stosowane w praktyce sposoby doboru grupy kontrolnej obejmują: włączenie sąsiadów, członków rodzinny, znajomych osoby zakwalifikowanej jako przypadek; włączenie osób, u których test w kierunku badanej choroby był negatywny; włączenie pacjentów z tej samej instytucji medycznej ale z innym rozpoznaniem. W każdym przypadku należy rozważyć, jakie potencjalne różnice w narażeniach mogą występować w tak dobranych grupach w porównaniu z populacją źródłową. W badaniach tych uczestnicy grupy kontrolnej mogą być dobrani z uwzględnieniem dopasowania do przypadków pod względem określonych cech, takich jak wiek czy płeć (matching) lub bez takiego dopasowania. Zwykle na jeden przypadek przypada od 1 do 3 uczestników w grupie kontrolnej.

Badania mogą być prowadzone w sposób retrospektywny (osoby z grupy przypadków już są chore w momencie rozpoczęcia badania) i prospektywny (osoby z grupy przypadków stanowią nowe zachorowania).

W badaniach kliniczno-kontrolnych można wyliczyć wyłącznie iloraz szans, który w przypadku chorób rzadko występujących jest dobrym przybliżeniem ryzyka względnego.

Badania kliniczno-kontrolne są przydatne do badania chorób występujących rzadko oraz do badania wielu narażeń jednocześnie i w populacjach mobilnych. Z kolei badania kohortowe są pomocne w przypadku badania rzadkich i długotrwałych narażeń.

Opisowe badania epidemiologiczne, takie jak badania przekrojowe, umożliwiają określenie rozpowszechnienia choroby, także w zależności od różnych czynników, ale w tym przypadku nie ma możliwości stwierdzenia, czy narażenie występowało przed wystąpieniem choroby, co utrudnia wnioskowanie o związku przyczynowo--skutkowym. Ważnym aspektem takiego badania jest reprezentatywność dobranej próby względem populacji źródłowej, co można osiągnąć za pomocą prostego doboru losowego, który wymaga dostępu do listy obejmującej całą populację źródłową. W przypadku populacji trudno dostępnych rekrutację można prowadzić np. za pomocą metody tzw. kuli śnieżnej, w której należy poprosić uczestnika badania o rekrutację osób wśród znajomych.

W badaniach ekologicznych koreluje się narażenie dla określonej grupy osób (np. mieszkańców kraju) z częstością występowania badanych chorób. Jednak badanie takie może być obarczone ryzykiem błędu ekologicznego, gdy narażenie nie dotyczy całej populacji, a zachorowania nie dotyczą osób narażonych.

Coraz częściej stosuje się metodologię przeglądu systematycznego, która umożliwia wykorzystanie istniejących badań (z opisanych powyżej typów, odpowiednio do pytania), aby móc ocenić skuteczność leczenia, wpływ czynników ryzyka na występowanie choroby, rokowanie, wartość testu diagnostycznego i odpowiedzieć na inne pytania. Prawidłowo przeprowadzone przeglądy systematyczne uważane są za najbardziej wiarygodne źródło danych naukowych dla praktyki medycznej. Cechy charakterystyczne przeglądu systematycznego obejmują: proces przygotowania na podstawie protokołu badawczego, jasno określone cele i predefiniowane kryteria włączenia badań, transparentne powtarzalne metody badawcze, wyczerpujący proces identyfikacji badań (wyszukiwanie w bazach danych oraz innych źródłach informacji, obejmujące także badania niepublikowane), ocenę ryzyka błędu systematycznego badań włączonych do przeglądu i wykorzystanie tej informacji w interpretacji wyników, systematyczny sposób przedstawienia charakterystyki oraz wyników badań włączonych, a także systematyczne podejście do syntezy wyników, np. z wykorzystaniem metod statystycznych – metaanalizy. W przypadku przeglądów systematycznych należy zwrócić uwagę na błąd systematyczny związany z wybiórczym publikowaniem wyników badań (publication bias), który występuje, gdy szansa opublikowania badania zależy od jego wyników.

W badaniach epidemiologicznych mamy do czynienia z błędami przypadkowymi (random error) obniżającymi precyzję i powtarzalność badań oraz z błędami systematycznymi (bias) powodującymi odbieganie wyników od prawdy w sposób systematyczny i obniżającymi wiarygodność badania.

Błędy przypadkowe wynikają z losowych błędów pomiaru, a także z prowadzenia badania na próbie z populacji referencyjnej. W tej drugiej sytuacji są odzwierciedlone w przedziałach ufności (confidence interval) dla przedstawianych wyników. Ich uproszczona interpretacja oznacza, że z określonym (najczęściej 95%) prawdopodobieństwem prawdziwa wartość parametru znajduje się w tym przedziale.

W przypadku testowania hipotez o istnieniu związku w badaniach epidemiologicznych mogą wystąpić dwa rodzaje błędu: błąd I rodzaju (alfa) występuje, gdy wykryje się związek, który w rzeczywistości nie istnieje, natomiast błąd II rodzaju (beta) ma miejsce, gdy nie wykryje się związku, który w rzeczywistości istnieje. W przypadku błędu I rodzaju przyjmuje się najczęściej prawdopodobieństwo 5%, a przypadku błędu II rodzaju – 10 lub 20%. Moc badania (power) oznacza zdolność do wykrycia związku, jeśli istnieje. Jest obliczana jako 100% – beta.

Błąd systematyczny może wystąpić na każdym etapie badania, z tego względu osoby planujące badanie muszą zidentyfikować i zminimalizować wpływ potencjalnych błędów systematycznych. The Catalogue of Bias Collaboration (https://catalogofbias.org/) od 2017 roku pracuje nad ogólnie dostępnym katalogiem błędów systematycznych w badaniach dotyczących zdrowia.

W badaniach dotyczących związku między narażeniem a punktem końcowym należy również uwzględnić czynniki zakłócające, czyli takie, które mają związek zarówno z narażeniem, jak i z punktem końcowym. Obecność czynników zakłócających może sugerować istnienie związku, gdy w rzeczywistości on nie istnieje, lub zamaskować istniejący związek.

2.5. Nadzór epidemiologiczny

Według klasycznej definicji sformułowanej przez Światową Organizację Zdrowia (ŚOZ) nadzór epidemiologiczny to: „ciągłe, systematyczne działania obejmujące zbieranie, analizę i interpretację danych związanych ze zdrowiem koniecznych do planowania, implementacji i ewaluacji działań zdrowia publicznego”. W Ustawie o zapobieganiu oraz zwalczaniu zakażeń i chorób zakaźnych u ludzi rozróżnia się natomiast nadzór ogólny, odpowiadający przytoczonej definicji WHO, oraz nadzór indywidualny, który dotyczy działań podejmowanych w stosunku do osoby zakażonej lub podejrzanej o zakażenie i zdefiniowany jako „obserwacja osoby (...) bez ograniczenia jej swobody przemieszczania się, wykonywanie badań sanitarno-epidemiologicznych u tej osoby w celu wykrycia biologicznych czynników chorobotwórczych lub potwierdzenia rozpoznania choroby zakaźnej oraz zebranie, analizę i interpretację informacji o okolicznościach i skutkach zakażenia”. Działania podejmowane w trakcie nadzoru indywidualnego w sposób naturalny umożliwiają zebranie danych na potrzeby realizacji nadzoru ogólnego.

Nadzór epidemiologiczny regulowany jest również na poziomie Unii Europejskiej decyzjami Parlamentu Europejskiego i Rady, a także decyzją Komisji Europejskiej, w której w szczególności określono listę chorób i zagadnień objętych nadzorem na terenie Wspólnoty oraz ich definicje.

Cele prowadzenia nadzoru epidemiologicznego zależą od konkretnej choroby oraz kontekstu i sytuacji w danym kraju lub na danym obszarze. Jednak wśród typowych celów nadzoru epidemiologicznego wymienia się: porównania geograficzne występowania chorób, obserwację zmian w czasie, wykrywanie ognisk zachorowań lub zakażeń, identyfikację czynników ryzyka i narażeń, dostarczanie informacji do działań prewencyjnych oraz ocenę interwencji prozdrowotnych.

2.5.1. Typy nadzoru epidemiologicznego

Systemy nadzoru epidemiologicznego możemy podzielić ze względu na źródło informacji na laboratoryjne, w których głównym źródłem danych są laboratoria wykonujące badania w kierunku poszczególnych patogenów, kliniczne, w których informacja pochodzi głównie od lekarza stwierdzającego chorobę zakaźną, i oparte na cyklicznych badaniach przekrojowych.

Zarówno systemy laboratoryjne, jak i kliniczne można dalej zaklasyfikować jako bierne, w których sprawujący nadzór oczekuje na zgłoszenia rozpoznanych przypadków, i czynne, w których aktywnie pozyskuje informacje bezpośrednio od lekarzy rozpoznających chorobę lub z laboratoriów. Nadzór czynny generuje dane kompletniejsze i o wyższej jakości, jest jednak bardziej kosztochłonny. Obecnie przy możliwościach zautomatyzowanego przesyłania danych z elektronicznych systemów laboratoryjnych i elektronicznych rekordów pacjenta rozróżnienie to ma mniejsze znaczenie.

Systemy kliniczne cechują się zwykle niższą kompletnością niż systemy laboratoryjne. Jednak szereg informacji dotyczących przebiegu klinicznego czy interpretacji wyników laboratoryjnych jest możliwy do uzyskania jedynie tą drogą. Nadzór kliniczny dostarcza również informacji dotyczących zachorowań, w których przypadku nie wykonano badań laboratoryjnych, co przy niektórych chorobach jest częste. Szczególną odmianą nadzoru klinicznego jest tzw. nadzór syndromiczny, w którym pozyskuje się informacje o wszystkich zachorowaniach z określonymi objawami niezależnie od potwierdzenia laboratoryjnego i nie czekając na wyniki badań. Może to mieć zastosowanie w przypadku jednostek, w których rzadko prowadzi się diagnostykę laboratoryjną (np. choroby biegunkowe, infekcje górnego odcinka układu oddechowego), w sytuacjach zwiększonego ryzyka ataków bioterrorystycznych, ale także w przypadku chorób podlegających eradykacji, w celu zwiększenia prawdopodobieństwa wykrycia zachorowania (np. zgłaszanie ostrych porażeń wiotkich u dzieci w ramach programu eradykacji poliomyelitis).

Z kolei szczególnym rodzajem nadzoru laboratoryjnego jest nadzór molekularny, w którym izolowane czynniki zakaźne podlegają typowaniu genetycznemu. Pozwala to na powiązanie ze sobą przypadków zachorowań, umożliwiając stwierdzanie ognisk epidemicznych, zwłaszcza ognisk rozproszonych występujących często w różnych regionach i identyfikację dróg szerzenia się patogenu. Dodatkowo metody te pozwalają na monitoring zmienności cech czynników zakaźnych, takich jak patogenność, zaraźliwość i ich oporność na antybiotyki lub leki antywirusowe. Dla celów epidemiologicznych w niedalekiej przyszłości największe znaczenie będą miały techniki związane z sekwencjonowaniem całego genomu (whole genome sequencing, WGS), co wskazuje na coraz większą rolę bioinformatyki w dziedzinie nadzoru epidemiologicznego.

Szczególnym rodzajem nadzoru epidemiologicznego jest wspomniane powyżej cykliczne prowadzenie badań przekrojowych. Badania przekrojowe do celów nadzoru epidemiologicznego prowadzi się przy użyciu tej samej, zwykle uproszczonej metodologii w wybranych populacjach. Często obejmują one badanie kwestionariuszowe dotyczące, np. zachowań ryzykownych czy stopnia objęcia interwencjami zdrowia publicznego w połączeniu z badaniami laboratoryjnymi sprawdzającymi występowanie przeciwciał bądź innego markera biologicznego w badanej populacji.

2.5.2. Atrybuty i ewaluacja systemu nadzoru

Prowadzenie systemu nadzoru mającego zapewnić porównywalność danych w czasie i na różnych obszarach wymaga standaryzacji zarówno definicji monitorowanych zdarzeń, jak i samych procedur. Jak każdy system informacyjny, także systemy nadzoru epidemiologicznego muszą podlegać okresowej ewaluacji. Użyteczność systemu ocenia się w kategoriach, czy zbierane w nim dane są wykorzystywane przez decydentów i czy informacja pozyskiwana w systemie jest wystarczająca do podejmowania opartych na faktach decyzji w zakresie zdrowia publicznego. Analiza użyteczności pomaga w określeniu lub rewizji celów prowadzenia nadzoru epidemiologicznego, a w oparciu na nich planuje się zakres i sposób zbierania danych. System jest oceniany również z punktu widzenia racjonalnego wykorzystania zasobów.

W związku z tym opracowano listę kryteriów (atrybutów), które powinno się brać pod uwagę przy ocenie systemu. Są one również użyteczne przy planowaniu nowego systemu gromadzenia danych epidemiologicznych (tab. 2.1).

TABELA 2.1.

Atrybuty nadzoru epidemiologicznego

Atrybut

Dodatkowe wyjaśnienie

Optymalizacja procedur

Maksymalne możliwe uproszczenie procedur przy zachowaniu możliwości osiągnięcia zakładanych celów

Elastyczność

Możliwość szybkiej, niskokosztowej adaptacji w przypadku zmiany potrzeb (np. konieczność zmiany zakresu danych)

Jakość danych

Zapewnienie wysokiej kompletności danych oraz ich wiarygodności

Akceptowalność

Dla wszystkich osób i instytucji zaangażowanych w funkcjonowanie systemu oraz osób i podmiotów, na których ciąży obowiązek zgłoszeniowy

Czułość wykrycia

Odsetek przypadków, które zostały zgłoszone, co jest uzależnione od odsetka przypadków odpowiednio zdiagnozowanych i odsetka zdiagnozowanych, które zostały zgłoszone

Czułość zmian

Zdolność systemu do wykrywania zmian w sytuacji epidemiologicznej, np. wystąpienia ogniska epidemicznego

Dodatnia wartość predykcji

Odsetek zarejestrowanych przypadków, które rzeczywiście są przypadkami

Reprezentatywność

Zarejestrowane przypadki powinny być reprezentatywne dla wszystkich przypadków występujących w populacji

Terminowość

Dostępność danych na poziomie podejmowania decyzji (np. powiatowym, wojewódzkim lub centralnym) w czasie, który gwarantuje możliwość podjęcia odpowiednich działań

Stabilność

Zdolność systemu do nieprzerwanego generowania porównywalnych danych

2.6. Dochodzenie w ognisku epidemicznym

Ogniska zachorowań na choroby zakaźne są częstym zjawiskiem i choć historycznie typowo analizuje się ogniska zachorowań na choroby przenoszone drogą pokarmową, to w praktyce wszystkie choroby zakaźne mogą występować w postaci ognisk. Najogólniejszą przyjętą definicją ogniska epidemicznego jest wzrost liczby zachorowań ponad liczbę oczekiwaną w danym okresie, na danym obszarze i w danej grupie ludzi. Użyteczna też może być definicja stosowana dla niektórych chorób, w której za ognisko uznaje się 2 lub więcej powiązanych ze sobą przypadków, co może oznaczać powiązanie epidemiologiczne, np. stwierdzenie narażenia ze wspólnego źródła lub powiązanie na podstawie podobieństwa genetycznego szczepów czynnika zakaźnego. Podejrzenie wystąpienia ogniska epidemicznego najczęściej jest zgłaszane przez personel medyczny lub personel placówki, w której ognisko wystąpiło. Prowadzony nadzór epidemiologiczny może i powinien być również źródłem pierwszego podejrzenia, zwłaszcza jeśli stosowane są zautomatyzowane algorytmy wykrywające wzrosty zapadalności bądź rutynowy nadzór molekularny.

Podejrzenie wystąpienia ogniska skutkuje podjęciem działań określanych jako dochodzenie epidemiologiczne. Jest to systematyczny proces oceny danych w celu sformułowania i następnie ewaluacji hipotez dotyczących powstania i propagacji ogniska. Efektem dochodzenia jest wprowadzenie odpowiednich działań przeciwepidemicznych i zapobiegawczych. W Polsce instytucją odpowiedzialną za prowadzenie dochodzenia jest właściwa terytorialnie powiatowa stacja sanitarno-epidemiologiczna, a w przypadku ognisk o w większym zasięgu mogą zostać włączone inne placówki Państwowej Inspekcji Sanitarnej.

Dochodzenie epidemiologiczne składa się zazwyczaj z 10 kroków. Stanowią one koncepcyjnie logiczny ciąg postępowania, ale w praktyce często kolejność jest inna, lub też zachodzi konieczność powrotu do poprzedniego kroku wskutek zmiany hipotezy (tab. 2.2).

TABELA 2.2.

Etapy dochodzenia epidemiologicznego

Etap

Dodatkowe wyjaśnienie

1

Potwierdzenie wystąpienia ogniska

Potwierdzenie wystąpienia ogniska w zależności od źródła informacji może również wymagać weryfikacji poprawności rozpoznań lub dopiero wykonania badań laboratoryjnych. Należy również wziąć pod uwagę możliwe zmiany testów diagnostycznych, akcję badań przesiewowych, błędy w kodowaniu, które mogą wyjaśniać wzrost liczy zachorowań

2

Powołanie zespołu odpowiedzialnego za przeprowadzenie dochodzenia

Liczba osób i niezbędne umiejętności będą zależały od wielkości i typu ogniska. W przypadku dużej liczby zaangażowanych osób i instytucji kluczowe jest jasne określenie ról i odpowiedzialności

3

Opracowanie definicji przypadku na potrzeby dochodzenia w ognisku

Definicja obejmuje kryteria rozpoznania zachorowania oraz czas i miejsce jego wystąpienia, a także kryteria zawężające grupę, z której pochodzą przypadki

4

Wyszukiwanie przypadków spełniających kryteria definicji przypadku

Dla odnalezionych zachorowań należy zebrać szczegółowe informacje dotyczące narażeń w celu identyfikacji punktów wspólnych

5

Podsumowanie zebranych danych w kategoriach czasu, miejsca i osoby

6

Sformułowanie hipotez dotyczących źródła, czynnika etiologicznego (jeśli nie ustalono go wcześniej) i mechanizmu powstania ogniska

7

Testowanie hipotez

Dokonuje się poprzez przeprowadzenie badania analitycznego-kohortowego lub kliniczno-kontrolnego w zależności od wielkości i dostępności populacji narażonej (patrz rozdz. 2.4.2)

8

Ustalenie kontekstu ogniska i badania dodatkowe

Na podstawie wstępnego rozeznania, postawionych hipotez i/lub analizy danych prowadzone są dalsze działania polegające na zebraniu dodatkowych informacji o możliwych okolicznościach powstania ogniska i/lub wykonaniu badań dodatkowych (np. badania środowiskowe, badania żywności, szczegółowa charakterystyka czynnika etiologicznego). Dodatkowe informacje razem z wynikami epidemiologicznymi służą do ustalenia, jakie były źródło i mechanizm powstania ogniska. Na ich podstawie można również postawić dodatkowe hipotezy

9

Zastosowanie działań przeciwepidemicznych i zapobiegawczych

10

Stwierdzenie wygaszenia ogniska i sporządzenie raportu

Raport powinien obejmować również ocenę ryzyka kontynuacji ogniska i jego ponownego wystąpienia

3. DEZYNFEKCJA, STERYLIZACJA I ANTYSEPTYKA

Małgorzata, Fleischer

Drobnoustroje obecne w środowisku człowieka wykazują zróżnicowaną wrażliwość na czynniki fizyczne i chemiczne. Najwyższym stopniem oporności charakteryzują się priony, a w dalszej kolejności (od najbardziej opornych do najbardziej wrażliwych) znajdują się: spory bakteryjne, pierwotniaki z rodzaju Cryptosporidium, prątki, wirusy bezosłonkowe (np. wirus polio, HAV, wirusy Coxsackie), grzyby, formy wegetatywne bakterii i wirusy osłonkowe (np. herpeswirusy, HIV, HBV, HCV) (ryc. 3.1).

Bakterie z rodzajów Rickettsia, Chlamydia i Mycoplasma nie zostały umieszczone w przedstawionej skali, ponieważ ocena ich wrażliwości na czynniki niszczące drobnoustroje jest niepełna. Ze względu na strukturę komórkową ich wrażliwość prawdopodobnie jest porównywalna z wrażliwością wegetatywnych form bakterii i wirusów osłonkowych.

RYCINA 3.1.

Oporność drobnoustrojów na czynniki fizyczne i chemiczne z uwzględnieniem zalecanych poziomów dekontaminacji

Podstawowe pojęcia:

• dekontaminacja – proces prowadzący do usunięcia lub zniszczenia drobnoustrojów;

• sanityzacja/czyszczenie – usuwanie widocznych zabrudzeń i zanieczyszczeń, a wraz z nimi także większości drobnoustrojów (np. mycie powierzchni z użyciem detergentów); w wyniku takiego działania osiągana jest redukcja mikroorganizmów o ≥ 1 log CFU (colony forming unit, jednostka tworząca kolonię);

• dezynfekcja – proces, w wyniku którego ulegają zniszczeniu formy wegetatywne drobnoustrojów, mogą jednak pozostać spory bakteryjne; w procesie dezynfekcji następuje redukcja mikroorganizmów o ≥ 10³ log CFU;

• sterylizacja – proces prowadzący do zniszczenia wszystkich żywych form drobnoustrojów; w odniesieniu do najbardziej opornych przetrwalników, z użyciem metod chemicznych lub fizycznych, w cyklu sterylizacji osiągana jest redukcja o ≥ 10⁶ log CFU;

• antyseptyka – dezynfekcja skóry, błon śluzowych i uszkodzonych tkanek z zastosowaniem preparatów niedziałających szkodliwie na tkanki ludzkie.

• środki biobójcze – antyseptyki lub preparaty stosowane w dezynfekcji o określonej aktywności przeciwdrobnoustrojowej, np. wirusobójcze, grzybobójcze, bakteriobójcze, sporobójcze i prątkobójcze.

Ryzyko wystąpienia zakażeń związanych z obecnością drobnoustrojów w środowisku człowieka jest zależne od rodzaju kontaktu z potencjalnie skażoną powierzchnią.

Stało się to podstawą wyróżnienia trzech kategorii przedmiotów: wysokiego, średniego i niskiego ryzyka, z jednoczesnym określeniem wymaganego poziomu ich dekontaminacji:

• przedmioty wysokiego ryzyka przeniesienia zakażenia (krytyczne) – mają kontakt z jałowymi tkankami, np. narzędzia chirurgiczne, wszczepy, igły, cewniki naczyniowe; przedmioty należące do tej kategorii muszą być bezwzględnie jałowe (jednorazowe lub sterylizowane);

• przedmioty średniego ryzyka przeniesienia zakażenia (półkrytyczne) – kontaktują się z błonami śluzowymi lub uszkodzoną skórą, np. endoskopy, zestawy do intubacji; przed użyciem należy poddać je sterylizacji lub dezynfekcji wysokiego poziomu;

• przedmioty niskiego ryzyka przeniesienia zakażenia (niekrytyczne) – mają kontakt z nieuszkodzoną skórą, np. baseny, mankiety do mierzenia ciśnienia, bielizna pościelowa, wyposażenie sal; wymagają mycia i okresowej dezynfekcji ze względu na ryzyko wtórnej transmisji drobnoustrojów, np. przez ręce personelu.

Właściwy wybór poziomu dekontaminacji jest zależny od ryzyka przeniesienia zakażenia, natomiast w wyborze metody należy uwzględnić zakres działania czynnika przeciwdrobnoustrojowego i właściwości przedmiotu poddanego dekontaminacji.

3.1. Dezynfekcja

Dezynfekcja prowadzi do eliminacji drobnoustrojów ze skutecznością zależną od jej poziomu:

• dezynfekcja wysokiego poziomu (High-Level Disinfection, HLD) – to proces, w wyniku którego eliminacji ulega 10⁶ log CFU, zwykle wskutek działania preparatów chemicznych, takich jak np. aldehyd glutarowy (≥ 2,0%), aldehyd ortoftalowy (OPA) (0,55%), nadtlenek wodoru (7,5%), podchloryn (650–675 ppm) i kwas podchlorawy (400–450 ppm); wykorzystywana jest do dekontaminacji sprzętu półkrytycznego; po zakończeniu procesu do płukania sprzętu należy użyć sterylnej wody, co zapobiega skażeniu mikroorganizmami bytującymi w wodzie (prątki inne niż gruźlicze, pałeczki z rodzaju Legionella lub Pseudomonas); końcowym etapem jest suszenie, które znacznie zmniejsza ryzyko kontaminacji sprzętu w czasie jego przechowywania;

• dezynfekcja średniego poziomu – nie obejmuje swoim zakresem spor bakteryjnych, ale eliminuje prątki, w tym Mycobacterium tuberculosis i wirusy bezosłonkowe; dotyczy sprzętu i powierzchni charakteryzujących się średnim ryzykiem przeniesienia zakażenia, zwykle zanieczyszczonych krwią lub płynami ustrojowymi; stosowane preparaty to: alkohole (etylowy, izopropylowy), podchloryn sodu, fenole i jodofory;

• dezynfekcja niskiego poziomu – nie eliminuje spor, prątków i wirusów pozbawionych osłonki lipidowej; dotyczy sprzętu i powierzchni obarczonych niskim ryzykiem przeniesienia zakażenia; poza preparatami stosowanymi w dezynfekcji średniego poziomu wykorzystywane są tu także czwartorzędowe związki amoniowe.

Skuteczność dezynfekcji zależy od wielu czynników, takich jak: czas działania i stężenie środka dezynfekującego, temperatura, wilgotność, obecność substancji organicznych oraz pH środowiska. Aktywność większości preparatów wzrasta wraz ze wzrostem temperatury aż do wartości granicznych, powyżej których dochodzi do termicznej inaktywacji substancji aktywnej. Podwyższone pH obniża aktywność fenoli, podchlorynów i związków jodu, a zwiększa aktywność czwartorzędowych zasad amoniowych. Dwuwartościowe kationy magnezu lub wapnia zawarte w twardej wodzie wchodzą w reakcję z niektórymi preparatami, obniżając ich aktywność. Obecne w środowisku substancje organiczne tworzą barierę ochronną dla drobnoustrojów lub w wyniku łączenia się ze związkami chemicznymi prowadzą do ich inaktywacji.

3.1.1. Zasady dezynfekcji

Dezynfekcja należy do najczęściej stosowanych metod skutecznie zapobiegających przenoszeniu się drobnoustrojów. Bezpieczna dla środowiska, pacjentów i personelu jest dezynfekcja termiczna, jednak wrażliwy na wysoką temperaturę sprzęt i konieczność dezynfekcji skażonych powierzchni stały się przyczyną powszechnego wykorzystywania dezynfekcji chemicznej. Uzyskanie skutecznej eliminacji drobnoustrojów przy zachowaniu maksymalnych warunków bezpieczeństwa pacjentów i personelu wymaga przestrzegania kilku podstawowych zasad.

1. Roztwory środków dezynfekcyjnych powinny być używane zgodnie z ich przeznaczeniem, z uwzględnieniem wymaganego zakresu działania (wirusy, bakterie, grzyby, formy przetrwalnikowe), w ściśle określonym czasie i w odpowiednim stężeniu. Do dezynfekcji powierzchni można stosować preparaty działające skutecznie w ciągu 15 minut. Roztwory preparatów o dłuższym czasie działania przeznaczone są do dezynfekcji narzędzi i sprzętu. Przedmioty poddane dezynfekcji należy całkowicie zanurzyć lub wypełnić płynem dezynfekującym.

2. Narzędzia i sprzęty zanieczyszczone krwią po użyciu powinny być poddane dezynfekcji z wykorzystaniem preparatów o szerokim zakresie działania, obejmującym wirusy, bakterie (w tym prątki) i grzyby. Dezynfekcję należy przeprowadzać w pojemnikach pod przykryciem, wyłącznie w pomieszczeniach z prawidłową wentylacją. Po dezynfekcji wstępnej narzędzia i sprzęt medyczny należy umyć, osuszyć i poddać, w zależności od potrzeb, dezynfekcji lub sterylizacji.

3. Powierzchnie zanieczyszczone substancjami organicznymi należy dezynfekować preparatami aktywnymi w obecności substancji organicznych o zakresie działania odpowiednim do zagrożenia. Przykładowo do dekontaminacji powierzchni zanieczyszczonych krwią należy użyć preparatów wirusobójczych i bakteriobójczych (wskazane działanie prątkobójcze i grzybobójcze), a powierzchnie zanieczyszczone plwociną wymagają użycia preparatów o działaniu bakteriobójczym, obejmującym prątki gruźlicy (wskazane działanie grzybobójcze i wirusobójcze).

Roztwory użytkowe preparatów do dezynfekcji muszą być odpowiednio przygotowywane (właściwa jakość wody, prawidłowe stężenie roztworów roboczych), używane i przechowywane zgodnie z zaleceniem producenta. Notowane przypadki skażeń roztworów użytkowych drobnoustrojami związane są najczęściej ze zbyt niskim stężeniem roztworu, a także z wykorzystaniem skażonej wody lub skażonych pojemników do ich przygotowania. Najczęściej występującym drobnoustrojem (blisko 80%) w skażonych środkach dezynfekcyjnych są pałeczki z rodzaju Pseudomonas, których obecność stwierdzano m.in. w preparatach fenolowych i czwartorzędowych związkach amoniowych. Nieprawidłowe przygotowywanie stężeń użytkowych preparatów może znacznie obniżać ich aktywność, np. dwukrotnie niższe od zalecanego stężenie fenolu i czwartorzędowych związków amoniowych wydłuża czas dezynfekcji odpowiednio 2- i 64-krotnie.

Wybór preparatu do dezynfekcji powinien uwzględniać właściwości dezynfekowanych materiałów oraz toksyczność preparatu, w tym możliwość podrażnień skóry lub błon śluzowych u osób się nim posługujących. Przykładowo z powodu potencjalnej toksyczności nie należy stosować formaldehydu do dezynfekcji sprzętu medycznego i elementów wykonanych z gumy czy tworzyw sztucznych, mających bezpośredni kontakt z tkankami (np. endoskopy) lub z układem oddechowym (np. sprzęt anestezjologiczny).

Po zakończonej dezynfekcji narzędzia i sprzęt medyczny muszą być dokładnie wypłukane wodą o wymaganej jakości i czystości mikrobiologicznej, ponieważ pozostałości środków dezynfekcyjnych zwiększają ryzyko wystąpienia stanów zapalnych i uszkodzeń tkanek. Notowano np. reakcje podobne do anafilaksji u chorych z rakiem pęcherza moczowego, u których wykonywano powtarzające się cystoskopie sprzętem dekontaminowanym z użyciem aldehydu ortoftalowego.

Biorąc pod uwagę rodzaj skażenia środowiska, należy wybrać do dezynfekcji preparat o możliwie najlepszej aktywności wobec spodziewanych patogenów. Do dezynfekcji powierzchni zanieczyszczonych krwią lub sporami laseczek Clostridioides difficile zaleca się preparaty na bazie chloru, a wobec Cryptosporidium aktywny jest 6% nadtlenek wodoru. Preparaty dezynfekcyjne różnią się nie tylko zakresem, lecz także czasem działania, np. 70% alkohol izopropylowy inaktywuje prątki gruźlicy (10⁴ CFU) w ciągu 5 minut, natomiast 3% fenol podobną skuteczność osiąga po 2–3 godzinach.

W czasie kontaktu ze środkami chemicznymi zalecane jest stosowanie odzieży ochronnej, zwłaszcza w sytuacji przygotowywania roztworów użytkowych z preparatów o wyższym stężeniu.

3.1.2. Mechanizm działania środków dezynfekcyjnych

Mechanizm niszczenia drobnoustrojów w procesie dezynfekcji z użyciem metod fizycznych jest oparty na denaturacji białek (temperatura) i destrukcji kwasów nukleinowych (promieniowanie UV). Chemiczne środki dezynfekcyjne niszczą drobnoustroje w wyniku dezintegracji błony komórkowej, inaktywacji białek i/lub uszkodzenia kwasów nukleinowych. Większość preparatów prezentuje co najmniej dwa miejsca docelowego działania, co prowadzi do szybkiej śmierci komórki i zmniejsza ryzyko narastania oporności.

Ogólnie przyjęty podział ze względu na dominujący sposób działania wyróżnia dwie główne grupy:

• Związki powierzchniowo czynne – niszczą błonę lipidową, zaburzając uporządkowanie białek i lipidów tworzących błonę. Do grupy tej zalicza się związki kationowe i anionowe, łączące się odpowiednio z ujemnie i dodatnio naładowanymi grupami fosfolipidów, oraz rozpuszczalniki organiczne. Najczęściej wykorzystywane do dezynfekcji są czwartorzędowe związki amoniowe (związki kationowe) i fenole (rozpuszczalniki organiczne). Aktywność czwartorzędowych związków amoniowych i fenoli dodatkowo wynika z inaktywacji białek.

• Związki denaturujące białko – działają przez utrzymywanie skrajnych wartości pH (kwasy, zasady), wiązanie grup sulfhydrylowych (metale ciężkie), oksydację (nadtlenek wodoru, kwas nadoctowy, podchloryny) lub alkilację, czyli zastąpienie atomu wodoru grupą alkilową (aldehydy). Większość środków dezynfekcyjnych należących do tej grupy charakteryzuje się dodatkowym mechanizmem niszczenia drobnoustrojów. Nadtlenek wodoru, uwalniając wolne rodniki, uszkadza błonę lipidową i DNA. Podchloryny hamują syntezę białek i uszkadzają DNA. Aldehydy alkilują grupy sulfhydrylowe, hydroksylowe, karboksylowe i aminowe, zaburzając syntezę białek i kwasów nukleinowych.

Drobnoustroje, podobnie jak w przypadku antybiotyków, mogą wykształcić mechanizmy odpowiedzialne za ich przeżywalność przy stężeniach preparatów wyższych niż minimalne stężenia hamujące (minimal inhibitory concentration, MIC), co określane jest mianem obniżonej podatności lub tolerancji na preparaty dezynfekcyjne. Opisano między innymi plazmidowo kodowaną tolerancję Serratia marcescens i Escherichia coli na formaldehyd oraz tolerancję Staphylococcus aureus i E. coli na czwartorzędowe związki amoniowe. Zjawisko to nie stanowi jednak istotnego zagrożenia w postaci braku skuteczności dezynfekcji, ponieważ stężenia użytkowe preparatów dezynfekcyjnych nadal znacznie przekraczają wartości MIC. Nie stwierdzono istotnego związku między opornością szczepów na antybiotyki i zwiększoną tolerancją na środki dezynfekcyjne. Niepokój budzi jednak fakt, że tolerancja powstaje w odpowiedzi na kontakt ze związkiem chemicznym stosowanym w dezynfekcji, a znany w antybiotykooporności mechanizm refluksu może być związany z aktywnym usuwaniem z komórki bakteryjnej zarówno antybiotyków, jak i dezynfektantów.

3.1.3. Metody dezynfekcji

Dezynfekcję można przeprowadzić przy użyciu metod termicznych, termiczno-chemicznych lub chemicznych:

• Dezynfekcja termiczna – przebiega z wykorzystaniem gorącej wody (93–95°C) lub pary wodnej w nadciśnieniu 0,5 atmosfery (105–110°C). Stosowana jest do odkażania bielizny, naczyń lub wyposażenia sanitarnego. Zalety tej metody to możliwość monitorowania procesu i brak toksyczności. Szczególnym przykładem dezynfekcji termicznej jest pasteryzacja polegająca na jednorazowym krótkotrwałym podgrzaniu cieczy (60–85°C przez 2–5 minut) i natychmiastowym ochłodzeniu jej do temperatury pokojowej. Proces ten ma zastosowanie zwłaszcza w przemyśle spożywczym.

• Dezynfekcja chemiczno-termiczna – to połączenie działania środków chemicznych i ciepła (60–65°C). Środki chemiczne stosowane w tej metodzie działają w krótszym czasie. Metoda służy do dezynfekcji sprzętu wrażliwego na wysoką temperaturę.

• Dezynfekcja chemiczna – przeprowadzana jest w temperaturze pokojowej przy użyciu roztworów preparatów chemicznych o różnych właściwościach. Substancje aktywne to związki chloru, związki nadtlenowe, czwartorzędowe związki amoniowe, alkohole, aldehydy i pochodne fenolu.

Główne grupy chemicznych środków dezynfekcyjnych

Związki fenolowe. Fenol został wprowadzony do dezynfekcji szpitalnej przez Josepha Listera, pioniera antyseptyki w chirurgii. Obecnie stosowane są pochodne fenolu, z których dwie najważniejsze to orto-benzylo-para-chlorofenol i orto-fenylofenol. Właściwości przeciwdrobnoustrojowe tych związków i innych pochodnych fenolu są znacznie lepsze w porównaniu z właściwościami macierzystej substancji chemicznej.

Fenole wykazują aktywność bakteriobójczą (w tym przeciwprątkową) i grzybobójczą. Działanie wirusobójcze zależy od zastosowanego preparatu i zwykle nie obejmuje wirusów Coxsackie B, ECHO i polio. Fenole nie mają aktywności sporobójczej. Preparaty fenolowe stosowane są w stężeniu 1,5–5% do dezynfekcji powierzchni (ramy łóżek, stoliki przyłóżkowe, blaty). Nie zaleca się ich do dezynfekcji sprzętu mającego kontakt ze skórą i błonami śluzowymi oraz do powierzchni kontaktujących się z żywnością. Należy zachować szczególną ostrożność w czasie stosowania fenoli na oddziałach noworodkowych z powodu obserwowanego wzrostu poziomu bilirubiny u dzieci narażonych na działanie tych związków. Fenole mogą być absorbowane przez porowate materiały i działać drażniąco na tkanki. Przykładowo wykazano, że depigmentacja skóry może być wynikiem ekspozycji na fenolowe detergenty bakteriobójcze zawierające para-butylofenol i para-amylofenol.

Związki chloru. Najczęściej stosowane środki dezynfekcyjne zawierające chlor to podchloryny występujące w postaci płynnej (podchloryn sodu) i stałej (podchloryn wapnia), a także dichloroizocyjanuran sodu i chloramina T, które charakteryzują się wolniejszym uwalnianiem chloru i dłuższą aktywnością bójczą. Związki chloru już w niskich stężeniach są aktywne wobec wegetatywnych form bakterii (< 5 ppm), mykoplazm (25 ppm), wirusów (200 ppm) i grzybów (500 ppm). W wyższych stężeniach inaktywują Mycobacterium tuberculosis (1000 ppm) i spory Clostridioides difficile (5000 ppm) w czasie ≤ 10 minut.

Preparaty chlorowe stosowane są do dezynfekcji instalacji wodnych (metoda z wyboru w przypadku skażenia pałeczkami Legionella spp.), sprzętu do hydroterapii, bielizny szpitalnej i odpadów klinicznych oraz powierzchni, zwłaszcza zanieczyszczonych krwią lub płynami ustrojowymi. Obecność substancji organicznych hamuje ich aktywność, chociaż w mniejszym stopniu dotyczy to dichloroizocyjanuranu sodu. Związki chloru działają niszcząco na tworzywa sztuczne i gumę, a także powodują korozję metali (w stężeniach > 500 ppm) i odbarwiają tkaniny. Preparaty chlorowe nie są stabilne w stężeniach użytkowych, a ich rozkład przyspieszają: światło, ciepło i metale ciężkie. Nie należy mieszać ich z detergentami kationowymi (działanie antagonistyczne) lub stosować w obecności formaldehydu (niektóre produkty reakcji tych związków są rakotwórcze). W środowisku kwaśnym, np. w kontakcie z moczem, z podchlorynu sodu uwalnia się toksyczny chlor gazowy. Chlor działa drażniąco na skórę, spojówki i drogi oddechowe.

W ostatnich latach preparaty chlorowe wprowadzono do dezynfekcji wysokiego poziomu. Dwutlenek chloru, gaz wybuchowy i niestabilny, stosowany w roztworze wodnym o stężeniu 0,02–0,03% i pH 5–6 charakteryzuje się bardzo szybkim działaniem sporobójczym (10 minut), wysoką skutecznością w obecności substancji organicznych, biodegradacją do produktów nieszkodliwych dla środowiska i niską toksycznością. Nowym rozwiązaniem jest woda zawierająca wolne rodniki (super-oxidized water, SOW), której główne składniki to kwas podchlorawy i chlor. SOW w krótkim czasie (5–10 minut) osiąga skuteczność porównywalną do procesów sterylizacji, a przy tym jest bezpieczny dla środowiska i personelu. Wady to: niestabilność (konieczność wytwarzania w miejscu dezynfekcji) i obniżenie aktywności przeciwdrobnoustrojowej w obecności substancji organicznych.

Aldehydy. Swoim spektrum dorównują czynnikom sterylizującym. Aldehyd mrówkowy (formaldehyd) jest stosowany w formie roztworu wodnego (37% formalina) i w postaci gazowej zarówno do dezynfekcji, jak i sterylizacji. Formaldehyd charakteryzuje się aktywnością bakteriobójczą (w tym prątkobójczą), wirusobójczą, grzybobójczą i sporobójczą w zakresie stężeń 2–8%, przy czym sporobójczy efekt osiągany jest w czasie dłuższym niż w przypadku aldehydu glutarowego. Ze względu na nieprzyjemny zapach i silne właściwości drażniące odczuwalne już przy niskim stężeniu (< 1 ppm) oraz prawdopodobny związek z występowaniem raka nosa i płuc u osób długotrwale kontaktujących się z formaldehydem nie jest on zalecany do dekontaminacji powierzchni i sprzętu, z wyjątkiem dezynfekcji prowadzonej w komorach parowo-formalinowych. Aldehyd glutarowy, podobnie jak formaldehyd, charakteryzuje się aktywnością bakteriobójczą (w tym prątkobójczą w czasie 20 minut), wirusobójczą, grzybobójczą i sporobójczą. Wykorzystywany jest najczęściej w postaci 2% roztworu do dezynfekcji wysokiego poziomu (endoskopy, sprzęt anestezjologiczny, sprzęt do terapii oddechowej itp.).

Po dezynfekcji sprzęt musi być dokładnie wypłukany, ponieważ pozostałości aldehydu mogą powodować uszkodzenia tkanek. Opisano np. zapalenia okrężnicy związane z zaleganiem resztek preparatu w kanałach endoskopu, a także uszkodzenia rogówki po zabiegach z użyciem narzędzi okulistycznych niedostatecznie wypłukanych po dezynfekcji w 2% roztworze aldehydu glutarowego.

Dezynfekcja powierzchni preparatami na bazie aldehydu jest dopuszczalna tylko na małych obszarach, przy czym nie powinna być stosowana na oddziałach pediatrycznych. Aldehyd glutarowy jest dostępny w postaci kwaśnych roztworów o wysokiej trwałości, ale niepełnej aktywności (nie działają sporobójczo). Uzyskiwane po aktywacji roztwory zasadowe osiągają w temperaturze 20–25°C pełny zakres aktywności, ponadto nie korodują metali i nie uszkadzają materiałów takich jak guma czy plastik. Obecność substancji organicznej nie wpływa na ich skuteczność. Aldehyd glutarowy może podrażniać skórę i błony śluzowe, a powtarzająca się ekspozycja prowadzi niekiedy do rozwoju astmy oskrzelowej.

Aldehyd ortoftalowy podobnie jak aldehyd glutarowy jest stosowany do dezynfekcji wysokiego poziomu, charakteryzuje się jednak lepszą aktywnością przeciwprątkową i krótszym czasem działania. W stężeniu 0,55% i w temperaturze 20–25°C skutecznie niszczy w czasie 5–12 minut bakterie (w tym prątki), wirusy i grzyby. Aktywność sporobójcza wymaga wyższej temperatury (np. 35°C). Aldehyd ortoftalowy jest stabilny w środowisku kwaśnym i zasadowym, nie uszkadza materiałów poddanych dezynfekcji, natomiast barwi białka na kolor szaroczarny, pozostawiając przebarwienia na nieosłoniętej skórze i sprzęcie zanieczyszczonym tkankami lub płynami ustrojowymi. Aldehyd ortoftalowy to związek mniej lotny niż aldehyd glutarowy, stąd ryzyko podrażnień dróg oddechowych jest potencjalnie niższe.

Kwas nadoctowy. Należy do grupy środków biobójczych o działaniu utleniającym. Ze względu na szeroki zakres działania jest wykorzystywany zarówno w sterylizacji, jak i w dezynfekcji wysokiego poziomu. W stężeniu 0,2–0,35% w temperaturze pokojowej osiąga skuteczność bakteriobójczą i grzybobójczą w ciągu 5 minut, wirusy (łącznie z wirusem polio) są inaktywowane w czasie 15 minut, a inaktywacja prątków gruźlicy, prątków atypowych i większości spor bakteryjnych wymaga 20–30 minut. Kwas nadoctowy ułatwia usuwanie substancji organicznych, nie adsorbuje się na powierzchni materiałów poddanych dekontaminacji, a produkty jego rozpadu są nieszkodliwe dla środowiska. Wady dezynfekcji prowadzonej z użyciem kwasu nadoctowego to niestabilność roztworów oraz możliwość korodowania elementów wykonanych z miedzi, mosiądzu, brązu, stali i ocynkowanego żelaza. Ryzyko korozji można ograniczyć przez dodanie substancji antykorozyjnej i podwyższenie pH. W przypadku kontaktu z roztworem o stężeniu wyższym niż 5% należy zachować szczególną ostrożność z powodu ryzyka oparzeń.

Nadtlenek wodoru. Ma szeroki zakres działania (bakterie, w tym prątki, wirusy, grzyby i spory) zależny od stężenia, czasu działania i obecności katalazy w komórkach drobnoustrojów. Inaktywacja większości bakterii, grzybów i wirusów osiągana jest już w stężeniu 0,5% w ciągu 5 minut. Inaktywacja prątków wymaga 7,5% roztworu i 10 minut, a aktywność sporobójcza uzyskiwana jest przy stężeniu 10% w czasie 60 minut. Roztwory nadtlenku wodoru w stężeniach 3–6% wykorzystywane są do dezynfekcji soczewek kontaktowych, aparatów do pomiaru ciśnienia śródgałkowego itp. Stężenia 6% mogą być użyte do dezynfekcji wysokiego poziomu, jednak silne właściwości utleniające preparatu stwarzają ryzyko uszkodzenia sprzętu. Nadtlenek wodoru jest bezwonny, mało toksyczny i mało drażniący, a jego roztwory są stabilne pod warunkiem odpowiedniego przechowywania (ciemne pojemniki). Synergistyczny efekt bójczy daje skojarzenie nadtlenku wodoru (7,35%) z kwasem nadoctowym (0,23%), a preparaty na bazie tych związków są wykorzystywane np. do dezynfekcji hemodializatorów.

W ostatnim czasie nadtlenek wodoru wykorzystywany jest także w postaci aerozolu lub pary do dezynfekcji pomieszczeń. W pierwszym przypadku przy użyciu odpowiednich urządzeń, zwykle z mieszaniny nadtlenku wodoru (5%), jonów srebra (< 50 ppm) i kwasu ortofosforowego (< 50 ppm) powstaje aerozol zdolny do redukcji drobnoustrojów o 4 log, w drugim – z 30% nadtlenku wodoru generowana jest para, której skuteczność bójcza oceniana jest na poziomie 6 log. W obydwu przypadkach niezbędnym elementem jest właściwe oczyszczenie powierzchni przed wykonaniem dezynfekcji pomieszczenia z użyciem jednej z tych metod.

W procesach dezynfekcji stosuje się także inne niż kwas nadoctowy i nadtlenek wodoru preparaty nadtlenowe, np. nadboran sodu czy nadsiarczan potasu. Związki te są aktywne wobec bakterii, grzybów i wirusów, a poszerzenie ich zakresu działania jest możliwe po dodaniu aktywatora (np. kwasu fosforowego). Preparaty na bazie tych związków wykorzystywane są głównie do wstępnej dezynfekcji narzędzi.

Alkohole. Alkohole etylowy i izopropylowy charakteryzują się szybką aktywnością bakteriobójczą (10 sekund). Inaktywują prątki, wirusy i grzyby, nie niszczą jednak spor bakteryjnych. Alkohol etylowy jest aktywny wobec wirusów lipofilnych (np. wirusy grypy, herpeswirusy) i większości hydrofilnych (adenowirusy, enterowirusy, rinowirusy, rotawirusy), natomiast nie inaktywuje wirusów zapalenia wątroby typu A (hepatitis A virus, HAV) i polio. Alkohol izopropylowy nie ma także aktywności wobec enterowirusów. Preparaty na bazie alkoholu stosuje się w antyseptyce skóry, a także same lub w połączeniu z innymi związkami wykorzystywane są w stężeniu 60–80% do dezynfekcji powierzchni twardych, trudno dostępnych i fizycznie czystych (termometry, stetoskopy, gumowe korki fiolek itp.). Ich aktywność gwałtownie spada po nadmiernym rozcieńczeniu (< 50%) i w obecności substancji organicznych, zwłaszcza białkowych.

Jodofory. Stanowią połączenia jodu z rozpuszczalnym w wodzie polimerem. Preparatem najczęściej stosowanym do dekontaminacji jest jodopowidon (kompleks jodu z poliwinylopirolidonem), wykorzystywany zarówno w antyseptyce, jak i do dezynfekcji. Jodopowidon, uwalniając powoli jod, zachowuje aktywność typową dla jodu, przy jednocześnie obniżonej toksyczności i niższym ryzyku podrażnień tkanek. Aktywność jodopowidonu zależy od stężenia i paradoksalnie jest wyższa (w warunkach in vitro) w preparatach rozcieńczonych, co prawdopodobnie ma związek z łatwiejszym uwalnianiem jodu w wyniku osłabienia jego wiązań z polimerem. Zakres działania jodoforów obejmuje: bakterie, wirusy i grzyby. Skuteczność przeciwprątkowa może okazać się niewystarczająca, a aktywność sporobójcza nie jest osiągana w stosowanych stężeniach. Jodofory wykorzystuje się do dezynfekcji drobnego sprzętu (np. butelki z próbkami krwi, termometry, zbiorniki używane w hydroterapii), przy czym z powodu różnic w stężeniach muszą to być preparaty przeznaczone do dezynfekcji powierzchni, a nie do antyseptyki.

Czwartorzędowe związki amoniowe. Należą do substancji powierzchniowo czynnych. W dezynfekcji zastosowanie znalazły między innymi chlorek alkilobenzylowy, chlorek alkilodimetylobenzyloamoniowy i bromek didecylodimetyloamoniowy (preparat nowszej generacji). Ich aktywność obejmuje: bakterie, grzyby i wirusy osłonkowe. Nie inaktywują spor bakteryjnych, wykazują zbyt niską aktywność przeciwprątkową i nie działają na wirusy bezosłonkowe. Czwartorzędowe związki amoniowe wykorzystuje się przede wszystkim do dekontaminacji powierzchni (podłogi, ściany, meble) i niekrytycznego sprzętu (mankiety do mierzenia ciśnienia, klawiatura komputera itp.). Aktywność preparatów starszej generacji jest hamowana w obecności twardej wody (tworzenie nierozpuszczalnych związków) lub materiałów takich jak bawełna i gaza (wchłanianie aktywnych cząstek). Czwartorzędowe związki amoniowe uznaje się za bezpieczne dla środowiska i personelu, jednak sporadycznie notowano przypadki wystąpienia astmy po ekspozycji na chlorek benzalkoniowy.

Inne metody dezynfekcji

Filtracja. Pozwala na eliminację drobnoustrojów z płynów ciepłochwiejnych (np. roztwory zawierające antybiotyki, białka). Skuteczność procesu jest zależna od wielkości porów, a jakość – od materiału, z jakiego wykonano element filtrujący. Stosowane dawniej filtry z ziemi okrzemkowej, porcelany, włókien azbestu czy spiekanego szkła eliminowały głównie bakterie i grzyby. Nowszej generacji filtry membranowe, wykonane z mieszaniny estrów celulozy, poliestru, nylonu, teflonu lub włókna szklanego, mają średnice porów 0,1 μm, co umożliwia eliminację również niektórych wirusów. Zasada sączenia oparta jest na podciśnieniu w pojemniku zbierającym przesącz (filtr osadzony na kolbie podłączonej do pompy próżniowej) lub nadciśnieniu wywieranym na roztwór poddany filtracji (strzykawka z nasadką filtrującą).

Promieniowanie UV wykorzystuje się do eliminacji drobnoustrojów (głównie bakterii i wirusów) obecnych w powietrzu i na powierzchniach. Długość fal UV waha się od 328 do 210 nm, przy czym najwyższa skuteczność bakteriobójcza osiągana jest w przedziale 240–280 nm. Inaktywacja drobnoustrojów następuje w wyniku indukcji tworzenia się dimerów tyminy i w konsekwencji uszkodzenia DNA. Promieniowanie UV nie penetruje w głąb ciał stałych i cieczy, a skuteczność eliminacji bakterii i wirusów zależy od wielu czynników, w tym: temperatury, wilgotności, obecności substancji organicznych i kurzu. U osób po ekspozycji notowano zaczerwienienia skóry oraz zapalenia rogówki i spojówek.

Metale. Przeciwinfekcyjne działanie wykazują przede wszystkim takie metale jak srebro i miedź. W ostatnim czasie wprowadzane są do środowiska szpitalnego powierzchnie, tzw. samodezynfekujące impregnowane lub zawierające miedź. Wykazano, że hamują one wzrost bakterii, w tym prątków. Nadal jednak niewiele jest badań oceniających wpływ takich powierzchni na częstość występowania zakażeń związanych z opieką medyczną oraz ich aktywność wobec spor bakteryjnych, w tym spor Clostridioides difficile. Zaletami powierzchni samodezynfekujących są stała aktywność przeciwdrobnoustrojowa i brak toksyczności dla pacjentów. Ograniczenia tego typu rozwiązań to koszty instalacji oraz brak jednoznacznych zaleceń precyzujących, jak często i jaką metodą takie powierzchnie powinny być poddawane oczyszczaniu.

Nowe środki dezynfekujące, które wymagają dalszej oceny, obejmują nanoemulsje zawierające detergenty, glukoprotaminę, aminy trzeciorzędowe oraz powłoki przeciwdrobnoustrojowe aktywowane światłem.