Mikrobiologia

Fungal infections of the nervous system, zwane neuromikozami, są rzadkie u zdrowych osób. Jednakże, neuromykozy mogą być wyniszczające u pacjentów z obniżoną odpornością lub w podeszłym wieku. Kilka eukariotycznych pasożytów jest również zdolnych do infekowania układu nerwowego ludzkich gospodarzy. Chociaż stosunkowo rzadkie, infekcje te mogą również stanowić zagrożenie dla życia u osób z obniżoną odpornością. W tym rozdziale omówimy najpierw neuromykozy, a następnie pasożytnicze zakażenia układu nerwowego.

Cryptococcocal Meningitis

Cryptococcus neoformans jest patogenem grzybiczym, który może powodować zapalenie opon mózgowych. Drożdżak ten jest powszechnie spotykany w glebie i jest szczególnie związany z odchodami gołębi. Posiada on grubą otoczkę, która służy jako ważny czynnik wirulencji, hamując usuwanie przez fagocytozę. Większość przypadków C. neoformans powoduje subkliniczne zakażenia układu oddechowego, które u zdrowych osób na ogół ustępują samoistnie bez długotrwałych następstw (patrz: grzybice układu oddechowego). U pacjentów z obniżoną odpornością lub z innymi chorobami podstawowymi, zakażenie może postępować, powodując zapalenie opon mózgowych i tworzenie się ziarniniaków w tkankach mózgu. Antygeny Cryptococcus mogą również służyć do hamowania odporności komórkowej i nadwrażliwości typu opóźnionego.

Rysunek 1. Barwienie atramentem indyjskim C. neoformans ukazujące grube kapsuły wokół kulistych komórek drożdżaka. (kredyt: modyfikacja pracy Centers for Disease Control and Prevention)

Cryptococcus może być łatwo wyhodowany w laboratorium i zidentyfikowany na podstawie jego obszernej kapsuły (Rysunek 1). C. neoformans jest często hodowany z próbek moczu pacjentów z rozsianymi zakażeniami.

Długotrwałe leczenie lekami przeciwgrzybiczymi jest wymagane w leczeniu zakażeń kryptokokowych. Wymagana jest terapia skojarzona amfoterycyną B plus flucytozyna przez co najmniej 10 tygodni. Wiele leków przeciwgrzybiczych ma trudności w przekraczaniu bariery krew-mózg i ma silne działania niepożądane, które wymagają stosowania niskich dawek; czynniki te przyczyniają się do długiego czasu leczenia. Pacjenci z AIDS są szczególnie podatni na zakażenia Cryptococcus ze względu na ich obniżoną odporność. Pacjenci z AIDS z kryptokokozą mogą być również leczeni lekami przeciwgrzybiczymi, ale często mają nawroty choroby; dożywotnie dawki flukonazolu mogą być konieczne, aby zapobiec ponownemu zakażeniu.

Amoebowe zapalenie opon mózgowych

Ryc. 2. Wolno żyjąca ameba w ludzkiej tkance mózgowej od pacjenta cierpiącego na PAM. (credit: modification of work by the Centers for Disease Control and Prevention)

Pierwotne amebowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych (PAM) jest wywoływane przez Naegleria fowleri. Ten ameboflagellat jest powszechnie spotykany jako żyjący w stanie wolnym w glebie i wodzie. Może występować w jednej z trzech postaci – zakaźnej postaci ameboidalnego trofozoitu, ruchliwej postaci flagellaty oraz spoczynkowej postaci cysty. PAM jest rzadką chorobą, która występuje u młodych i zdrowych osób. Osoby są zazwyczaj zarażane przez amebę podczas pływania w ciepłych zbiornikach słodkiej wody, takich jak rzeki, jeziora i gorące źródła. Trofozoit chorobotwórczy zakaża mózg, wnikając początkowo przez przewody nosowe do zatok; następnie przemieszcza się w dół włókien nerwu węchowego, penetrując podśluzówkowy splot nerwowy, wnika do blaszki sitowej i dociera do przestrzeni podpajęczynówkowej. Przestrzeń podpajęczynówkowa jest silnie unaczyniona i stanowi drogę rozprzestrzeniania się trofozoitów do innych obszarów OUN, w tym do mózgu (ryc. 2). Zapalenie i zniszczenie istoty szarej prowadzi do silnych bólów głowy i gorączki. W ciągu kilku dni pojawia się dezorientacja i drgawki, które szybko przechodzą w drgawki, śpiączkę i śmierć. Postęp może być bardzo szybki, a choroba często nie jest rozpoznawana aż do autopsji.

Zakażenia N. fowleri można potwierdzić przez bezpośrednią obserwację płynu mózgowo-rdzeniowego; ameby często można zobaczyć poruszające się podczas oglądania świeżego mokrego płynu mózgowo-rdzeniowego pod mikroskopem. Niekiedy w płynie mózgowo-rdzeniowym można również znaleźć formy flagellowane. W celu identyfikacji ameby można zabarwić kilkoma barwnikami, w tym barwnikiem Giemsy-Wrighta lub zmodyfikowanym barwnikiem trichromowym. W celu potwierdzenia wstępnej diagnozy można zastosować wykrywanie antygenów metodą immunofluorescencji pośredniej lub analizę genetyczną metodą PCR. Infekcje N. fowleri są prawie zawsze śmiertelne; tylko 3 ze 138 pacjentów z PAM w Stanach Zjednoczonych przeżyło. Nowy eksperymentalny lek o nazwie miltefosyna wykazuje pewne nadzieje w leczeniu tych infekcji. Lek ten jest pochodną fosfotydylocholiny, która hamuje funkcje błony komórkowej N. fowleri, wywołując apoptozę i zaburzając zależne od lipidów szlaki sygnalizacji komórkowej. Lek ten, podawany we wczesnym stadium zakażenia i w połączeniu z hipotermią terapeutyczną (obniżenie temperatury ciała w celu zmniejszenia obrzęku mózgu związanego z zakażeniem), był z powodzeniem stosowany w leczeniu pierwotnego amebowego zapalenia mózgu.

Granulomatyczne amebowe zapalenie mózgu

Acanthamoeba i gatunki Balamuthia są wolno żyjącymi amebami występującymi w wielu zbiornikach słodkiej wody. Zakażenia ludzi przez te ameby są rzadkie. Jednakże, mogą one powodować amebowe zapalenie rogówki u osób noszących soczewki kontaktowe (patrz: Protozoan and Helminthic Infections of the Eyes), rozsiane infekcje u pacjentów z obniżoną odpornością i ziarniniakowe amebowe zapalenie mózgu (GAE) w ciężkich przypadkach. W porównaniu do PAM, GAE ma tendencję do infekcji podostrych. Uważa się, że mikroorganizm wnika do organizmu przez zatoki nosowe lub szczeliny w skórze. Rozprzestrzenia się hematogennie i może zaatakować OUN. Tam infekcje prowadzą do zapalenia, tworzenia się zmian i rozwoju typowych objawów neurologicznych zapalenia mózgu (rysunek 3). GAE jest prawie zawsze śmiertelne.

GAE często nie jest rozpoznawane aż do późnego stadium zakażenia. Zmiany wywołane przez zakażenie można wykryć za pomocą tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego. Żywe ameby mogą być bezpośrednio wykryte w płynie mózgowo-rdzeniowym lub biopsji tkanek. Dostępne są testy serologiczne, ale generalnie nie są one konieczne do postawienia prawidłowej diagnozy, ponieważ obecność organizmu w płynie mózgowo-rdzeniowym jest rozstrzygająca. Niektóre leki przeciwgrzybicze, takie jak flukonazol, były stosowane w leczeniu zakażeń akantamoebalnych. Ponadto, połączenie miltefozyny i worykonazolu (inhibitora biosyntezy ergosterolu) było ostatnio z powodzeniem stosowane w leczeniu GAE. Jednak nawet w przypadku leczenia śmiertelność wśród pacjentów z tymi zakażeniami jest wysoka.

Ryc. 3. (a) Tkanka mózgowa od pacjenta, który zmarł na ziarniniakowe amebowe zapalenie mózgu (GAE) wywołane przez Balamuthia mandrillaris. (b) Zbliżenie martwicy w centrum wycinka mózgu. (kredyt a, b: modyfikacje pracy Centers for Disease Control and Prevention)

Człowiecza trypanosomiaza afrykańska

Człowiecza trypanosomiaza afrykańska (znana również jako afrykańska choroba śpiąca) jest poważną chorobą endemiczną występującą w dwóch odrębnych regionach Afryki Subsaharyjskiej. Jest ona wywoływana przez przenoszony przez owady hemoflagellat Trypanosoma brucei. Podgatunek Trypanosoma brucei rhodesiense powoduje trypanosomozę wschodnioafrykańską (EAT), a inny podgatunek, Trypanosoma brucei gambiense, trypanosomozę zachodnioafrykańską (WAT). Obecnie każdego roku zgłaszanych jest kilkaset przypadków EAT. WAT jest częściej zgłaszana i ma tendencję do bycia chorobą bardziej przewlekłą. Każdego roku rozpoznaje się około 7000 do 10 000 nowych przypadków WAT.

Rys. 4. Trypanosoma brucei, czynnik wywołujący afrykańską chorobę śpiącą, w rozmazie krwi człowieka. (kredyt: modyfikacja pracy Centers for Disease Control and Prevention)

T. brucei jest przenoszony na ludzi głównie przez ukąszenie muchy tse (Glossina spp.). Wkrótce po ukąszeniu przez muchę tsetse, w miejscu zakażenia tworzy się pancerz. Następnie flagellaty rozprzestrzeniają się, przechodząc do układu krwionośnego (rysunek 4). Te ogólnoustrojowe infekcje powodują falującą gorączkę, podczas której objawy utrzymują się przez dwa lub trzy dni, z około tygodniową remisją pomiędzy kolejnymi atakami. Gdy choroba wchodzi w ostatnią fazę, patogeny przenoszą się z układu limfatycznego do OUN. Objawy neurologiczne obejmują senność w ciągu dnia, bezsenność i pogorszenie stanu psychicznego. W przypadku EAT, choroba przebiega w okresie od kilku tygodni do kilku miesięcy. W przeciwieństwie do tego, WAT często występuje w okresie od miesięcy do lat.

Ale silna odpowiedź immunologiczna jest montowana przeciwko trypanosomom, nie jest wystarczająca do wyeliminowania patogenu. Poprzez zmienność antygenową Trypanosoma mogą zmieniać swoje białka powierzchniowe w ponad 100 typów serologicznych. Zmienność ta prowadzi do pofałdowanej postaci choroby początkowej. Początkowa posocznica wywołana przez infekcję prowadzi do wysokiej gorączki. W miarę jak układ odpornościowy reaguje na zakażenie, liczba organizmów zmniejsza się, a objawy kliniczne ustępują. Jednakże, subpopulacja patogenu zmienia swoje antygeny powierzchniowe poprzez zmienność antygenową i unika odpowiedzi immunologicznej. Te flagellaty szybko się rozmnażają i powodują kolejny wybuch choroby. Jeśli nie są leczone, infekcje te są zazwyczaj śmiertelne.

Objawy kliniczne mogą być wykorzystywane do rozpoznania wczesnych objawów trypanosomiasis afrykańskiej. Należą do nich tworzenie się czyraka w miejscu zakażenia i objaw Winterbottoma. Objaw Winterbottoma odnosi się do powiększenia węzłów chłonnych z tyłu szyi – często wskazuje na infekcje mózgu. Trypanosoma może być bezpośrednio obserwowany w wybarwionych próbkach, w tym krwi, chłonki, płynu mózgowo-rdzeniowego i biopsji skóry pobranej od pacjentów. Przeciwciała przeciwko pasożytowi stwierdza się u większości pacjentów z ostrą lub przewlekłą chorobą. Badania serologiczne nie są jednak zazwyczaj wykorzystywane w diagnostyce, ponieważ wystarczające jest mikroskopowe wykrycie pasożyta. Wczesna diagnoza jest ważna dla leczenia. Zanim dojdzie do zajęcia układu nerwowego, można zastosować leki takie jak pentamidyna (inhibitor metabolizmu jądrowego) i suramina (mechanizm działania niejasny). Leki te mają mniej skutków ubocznych niż leki potrzebne do leczenia drugiego stadium choroby. Po rozpoczęciu fazy śpiączki skuteczne mogą być ostrzejsze leki, w tym melarsoprol (pochodna arsenu) i eflornityna. Po skutecznym leczeniu pacjenci muszą jeszcze przez dwa lata poddawać się kontrolnym badaniom płynu mózgowo-rdzeniowego w celu wykrycia ewentualnych nawrotów choroby. Najbardziej skutecznym sposobem zapobiegania tym chorobom jest kontrolowanie populacji owadów-wektorów.

Neurotoksoplazmoza

Toksoplazma gondii jest wszechobecnym pasożytem wewnątrzkomórkowym, który może powodować zarażenia noworodków. Koty są żywicielem ostatecznym, a ludzie mogą się nim zarazić po zjedzeniu zarażonego mięsa lub, co częstsze, po spożyciu oocyst wydalanych z kałem kotów (patrz: Zakażenia pasożytnicze układu krwionośnego i limfatycznego). T. gondii dostaje się do układu krwionośnego poprzez przechodzenie pomiędzy komórkami śródbłonka naczyń krwionośnych. Większość przypadków toksoplazmozy przebiega bezobjawowo. Jednak u pacjentów z obniżoną odpornością neurotoksoplazmoza wywołana przez T. gondii jest jedną z najczęstszych przyczyn powstawania ropni mózgu. Organizm ten jest w stanie przekroczyć barierę krew-mózg poprzez zakażenie komórek śródbłonka naczyń włosowatych w mózgu. Pasożyt rozmnaża się w tych komórkach, co wydaje się być niezbędne do przedostania się do mózgu, a następnie powoduje rozpad komórki śródbłonka, uwalniając potomstwo do tkanek mózgu. Mechanizm ten jest zupełnie inny niż metoda, której używa do przedostania się do krwiobiegu w pierwszej kolejności.

Zmiany w mózgu związane z neurotoksoplazmozą mogą być wykryte radiograficznie przy użyciu rezonansu magnetycznego lub tomografii komputerowej (rysunek 5). Diagnoza może być potwierdzona przez bezpośrednią obserwację organizmu w płynie mózgowo-rdzeniowym. Badania RT-PCR mogą być również stosowane do wykrywania T. gondii za pomocą markerów genetycznych.

Rycina 5. Cysta Toxoplasma gondii, zaobserwowana w tkance mózgowej myszy, zawiera tysiące nieaktywnych pasożytów. (kredyt: modyfikacja pracy USDA)

Leczenie neurotoksoplazmozy wywołanej przez zakażenia T. gondii wymaga sześciotygodniowej terapii wielolekowej pirymetaminą, sulfadiazyną i kwasem foliowym. Długotrwałe dawki podtrzymujące są często wymagane w celu zapobiegania nawrotom.

Neurocysticerkoza

Cysticerkoza jest zakażeniem pasożytniczym wywołanym przez larwalną postać tasiemca wieprzowego, Taenia solium. Gdy larwy zaatakują mózg i rdzeń kręgowy, stan ten określany jest jako neurocysticerkoza. Stan ten dotyczy milionów ludzi na całym świecie i jest główną przyczyną padaczki u osób dorosłych w krajach rozwijających się.

Cykl życiowy T. solium jest omówiony w Helminthic Infections of the Gastrointestinal Tract. Po spożyciu, jaja wylęgają się w jelicie tworząc larwy zwane cysticerci. Dorosłe tasiemce powstają w jelicie cienkim i produkują jaja, które są wydalane z kałem. Jaja te mogą zarażać inne osoby poprzez zanieczyszczenie kałem żywności lub innych powierzchni. Jaja mogą również wykluwać się w jelicie pierwotnego pacjenta i prowadzić do ciągłej autoinfekcji. Cystersy mogą migrować do krwi i atakować wiele tkanek w organizmie, w tym OUN.

Neurocysticerkoza jest zwykle diagnozowana technikami nieinwazyjnymi. Informacje epidemiologiczne mogą być wykorzystane jako wstępne badanie przesiewowe; cysticerkoza występuje endemicznie w Ameryce Środkowej i Południowej, Afryce i Azji. Obrazowanie radiologiczne (MRI i tomografia komputerowa) jest podstawową metodą stosowaną w diagnostyce neurocysticerkozy; obrazowanie może być stosowane do wykrywania jedno- do dwucentymetrowych cyst, które tworzą się wokół pasożytów (rysunek 6). Podwyższony poziom eozynofilów we krwi może również wskazywać na infekcję pasożytniczą. EIA i ELISA są również wykorzystywane do wykrywania antygenów związanych z patogenem.

Rysunek 6. Tomografia komputerowa mózgu w przekroju strzałkowym (po lewej) i osiowym (po prawej) u pacjenta z neurocysticerkozą. Na obu obrazach widoczne są liczne torbiele, zaznaczone strzałkami. (credit: modification of work by Segamwenge IL, Kioko NP)

Leczenie neurocysticerkozy zależy od lokalizacji, liczby, wielkości i stadium obecnych cysticerci. Chemioterapia przeciwrobaczycowa obejmuje albendazol i prazykwantel. Ponieważ leki te zabijają żywe cysty, mogą one gwałtownie nasilić objawy poprzez wywołanie odpowiedzi zapalnej spowodowanej uwalnianiem antygenów cysticerci Taenia, ponieważ cysty są niszczone przez leki. W celu złagodzenia tej reakcji można zastosować kortykosteroidy, które przekraczają barierę krew-mózg (np. deksametazon), aby złagodzić te efekty. Interwencja chirurgiczna może być wymagana w celu usunięcia torbieli wewnątrzkomorowych.

Która z tych przyczyn jest najważniejszą przyczyną padaczki u dorosłych?

1. neurocysticerkoza
2. neurotoksoplazmoza
3. pierwotne amebowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych
4. trypanosomoza afrykańska

Think about It

1. Dlaczego zakażenia układu nerwowego przez grzyby wymagają tak długiego czasu leczenia?
2. Opisać pokrótce, w jaki sposób ludzie są zakażani przez Naegleria fowleri.
3. Krótko opisz w jaki sposób u ludzi może rozwinąć się neurocysticerkoza.
4. Grzybicze zapalenie opon mózgowych jest często ostateczną przyczyną śmierci pacjentów z AIDS. Jakie czynniki sprawiają, że te infekcje są bardziej problematyczne niż te pochodzenia bakteryjnego?
5. Porównaj trypanosomozę wschodnioafrykańską z trypanosomozą zachodnioafrykańską.
6. Przedstawiony wykres śledzi temperaturę ciała pacjenta zakażonego Trypanosoma brucei. Jak opisałbyś ten wzór i dlaczego on występuje?

(credit: modification of work by Wellcome Images)

1. US Centers for Disease Control and Prevention, „Naegleria fowleri-Primary Amoebic Meningoencephalitis (PAM)-Amebic Encephalitis,” 2016. Dostęp 30 czerwca 2016. http://www.cdc.gov/parasites/naegleria/treatment.html. ↵
2. Dorlo, Thomas PC, Manica Balasegaram, Jos H. Beijnen, and Peter J. de Vries, „Miltefosine: A Review of Its Pharmacology and Therapeutic Efficacy in the Treatment of Leishmaniasis,” Journal of Antimicrobial Chemotherapy 67, no. 11 (2012): 2576-97. ↵
3. US Centers for Disease Control and Prevention, „Parasites – African Trypanosomiasis (also known as Sleeping Sickness), East African Trypanosomiasis FAQs,” 2012. Accessed June 30, 2016. http://www.cdc.gov/parasites/sleepingsickness/gen_info/faqs-east.html. ↵
4. US Centers for Disease Control and Prevention, „Parasites – African Trypanosomiasis (also known as Sleeping Sickness), Epidemiology & Risk Factors,” 2012. Accessed June 30, 2016. http://www.cdc.gov/parasites/sleepingsickness/epi.html. ↵
5. Carruthers, Vern B., and Yasuhiro Suzuki, „Effects of Toxoplasma gondii Infection on the Brain,” Schizophrenia Bulletin 33, no. 3 (2007): 745-51. ↵
6. Uppal, Gulshan, „CNS Toxoplasmosis in HIV,” 2015. Accessed June 30, 2016. http://emedicine.medscape.com/article/1167298-overview#a3. ↵
7. Konradt, Christoph, Norikiyo Ueno, David A. Christian, Jonathan H. Delong, Gretchen Harms Pritchard, Jasmin Herz, David J. Bzik et al., „Endothelial Cells Are a Replicative Niche for Entry of Toxoplasma gondii to the Central Nervous System”, Nature Microbiology 1 (2016): 16001. ↵
8. DeGiorgio, Christopher M., Marco T. Medina, Reyna Durón, Chi Zee, and Susan Pietsch Escueta, „Neurocysticercosis,” Epilepsy Currents 4, no. 3 (2004): 107-11. ↵