Legionella — это род грамотрицательных бактерий , которые можно обнаружить с помощью серебряного окрашивания или выращивать в специальной среде, содержащей цистеин , аминокислоту. Известно, что он вызывает легионеллез [3] (все заболевания, вызываемые Legionella ), включая болезнь типа пневмонии, называемую болезнью легионеров , и легкое гриппоподобное заболевание, называемое лихорадкой Понтиак . [3] Эти бактерии распространены во многих местах, таких как почва и вода. Выявлено более 50 видов и 70 типов ( серогрупп ). Legionella не передается от человека к человеку. [4] Большинство людей, которые подвергаются воздействию бактерий, не заболевают. [5] Большинство вспышек возникают из-за плохо обслуживаемых градирен .
Клеточная стенка бактерий Legionella имеет части, которые определяют ее конкретный тип. Структурное расположение и строительные блоки (сахара) в клеточной стенке помогают классифицировать бактерии.
Легионелла была названа в честь вспышки неизвестной тогда «загадочной болезни» в 1976 году на съезде Американского легиона , ассоциации ветеранов вооруженных сил США , в Филадельфии . Эта вспышка произошла в течение нескольких дней после 200-й годовщины подписания Декларации независимости , что привело к ее широкой огласке и вызвало большую обеспокоенность в США [6] 18 января 1977 года возбудитель был идентифицирован как ранее неизвестная бактерия, впоследствии названная легионеллой .
Для обнаружения легионеллы обычно требуется выращивание на буферизованном агаре с дрожжевым экстрактом и углем . Поскольку для роста легионеллы требуются цистеин и железо , она не может расти на других обычных лабораторных средах.
Для обнаружения легионеллы в воде ее сначала концентрируют, а затем инокулируют в агар с древесно-дрожжевым экстрактом, содержащий селективные агенты, которые предотвращают рост других организмов. [6] Иногда для устранения других микробов в образце используют термическую или кислотную обработку. [7]
После инкубации в течение 10 дней присутствие Legionella может быть подтверждено, если колонии растут на агаре с цистеином, но не на агаре без него. Иммунологические методы затем обычно используются для определения видов и/или серогрупп бактерий, присутствующих в образце. [8]
Некоторые больницы используют тест на антиген Legionella в моче, когда подозревают пневмонию, вызванную Legionella . Этот тест быстрее и использует мочу вместо образца мокроты, давая результаты за часы по сравнению с днями. Однако он обнаруживает только один тип Legionella : Legionella pneumophila серогруппы 1 (LP1). [9] Штаммы, не относящиеся к LP1, могут быть обнаружены только путем культивирования.
Такие методы, как полимеразная цепная реакция (ПЦР) и быстрые иммунологические тесты , позволяют обнаружить легионеллу в воде гораздо быстрее. [10]
Отчеты правительственных служб здравоохранения показывают рост числа вспышек легионеллеза , связанных с водой , особенно в медицинских учреждениях. [11]
Геномный анализ легионеллы привел к идентификации 24 консервативных сигнатурных инделей (CSI) в различных белках, включая 30S рибосомальный белок S8, предшественник периплазматической сериновой эндопротеазы DegP, ДНК-полимеразу I и пермеазу транспортера ABC, которые специфически присутствуют в различных видах легионеллы . [ 12] Эти маркеры могут помочь отличить легионеллу от других типов бактерий, улучшая диагностику. [12]
Задокументированные источники включают градирни, [13] бассейны, бытовые системы водоснабжения и душевые, машины для производства льда, [14] холодильные шкафы, гидромассажные ванны, [15] [16] горячие источники, [17] фонтаны, [18] стоматологическое оборудование, [19] почву, [20] жидкость для омывателя автомобильных стекол (особенно если она заполнена водой вместо жидкости для стеклоочистителя), [21] промышленную охлаждающую жидкость, [22] и очистные сооружения сточных вод. [ необходима ссылка ]
Источниками заражения не являются: кондиционеры в домах/автомобилях/окнах (как в некоторых отелях), не использующие воду для охлаждения воздуха. [23]
Бактерии могут распространяться через крошечные капельки воды, которые попадают в воздух. Люди могут вдыхать эти капельки, которые затем заражают клетки наших дыхательных путей, что приводит к заболеванию. Это наиболее распространенный способ распространения легионеллы. [23]
Градирни хорошо известны как источники легионеллы , которые могут влиять на подверженность населения воздействию бактерии и эпидемий болезни легионеров . [24] В дополнение к градирням, использование бассейнов, спа-бассейнов и других рекреационных водоемов также, как было показано, увеличивает риск воздействия легионеллы , хотя это отличается в зависимости от вида легионеллы . [25] В обзоре заболеваний, вызванных рекреационным воздействием легионеллы , большинство случаев воздействия произошло в спа-салонах или бассейнах, используемых населением (гостиницы или рекреационные центры), или в природных условиях ( горячие источники или термальная вода). [25]
Отели и другие туристические направления способствовали заражению легионеллой . [26] Относительная опасность в часто используемых помещениях с системами нагрева и охлаждения воды зависит от нескольких факторов, таких как источник воды, количество легионеллы (если таковая имеется), очищается ли система водоснабжения и как она очищается, как люди взаимодействуют с этой водой и другие факторы, которые делают водные системы такими динамичными. [26]
Помимо туристов и других любителей отдыха , садоводы могут подвергаться повышенному риску заражения легионеллой . [27] В некоторых странах (например, в Австралии) легионелла обитает в почве и компосте. [27] Более высокие температуры и увеличение количества осадков в некоторых регионах мира из-за изменения климата могут повлиять на легионеллу в почве, сезонное воздействие загрязненной почвы на садоводов и сложные водные системы, используемые населением. [27]
Legionella spp. присутствует не только в искусственных водных системах и инфраструктуре, но эти бактерии также живут в естественных водоемах, таких как озера и реки. [28] Погодные условия и другие факторы окружающей среды могут увеличить риск вспышек легионеллеза ; исследование в Миннесоте, США, с использованием информации о вспышках с 2011 по 2018 год показало, что осадки оказывают наибольшее влияние на увеличение риска воздействия легионеллеза , если учитывать другие факторы окружающей среды (температуру, относительную влажность, землепользование и возраст инфицированного человека). [25] Погодные условия в значительной степени связаны с установленной инфраструктурой и источниками воды, особенно в городских условиях . В США большинство случаев заражения легионеллой произошло в летнее время, хотя они, вероятно, были больше связаны с осадками и влажностью, чем с летними температурами. [27] Сильные дожди могут увеличить риск загрязнения источников воды из-за наводнений и несезонных дождей; поэтому стихийные бедствия, особенно связанные с изменением климата, могут увеличить риск воздействия легионеллы . [27]
Вакцины от легионеллеза не существует. [29] [30] Исследования вакцинации с использованием убитых нагреванием или ацетоном клеток проводились на морских свинках, которым затем вводили легионеллу внутрибрюшинно или аэрозолем. Было показано, что обе вакцины обеспечивают умеренно высокий уровень защиты. Защита зависела от дозы и коррелировала с уровнями антител, измеренными с помощью иммуноферментного анализа (ИФА) к внешнему мембранному антигену и непрямой иммунофлуоресценции к убитым нагреванием клеткам. [31]
Легионелла — генетически разнообразный вид, 7–11 % генов которого являются штаммоспецифичными. Были обнаружены молекулярные функции некоторых из доказанных факторов вирулентности легионеллы . [32]
Legionella pneumonia , часто называемая «атипичной пневмонией», является наиболее распространенной формой легионеллеза. Ранние симптомы общие, включая лихорадку, мышечные боли, головную боль, одышку и сухой или продуктивный кашель. Пациенты с пневмонией, у которых также есть неврологические или желудочно-кишечные симптомы, такие как потеря аппетита, тошнота или рвота, могут быть более склонны к легионеллезу. Физическое обследование может выявить аномальные звуки в легких, такие как хрипы или свистящие хрипы , а если присутствует консолидация, могут быть такие признаки, как эгофония или притупление перкуссии. Лабораторные анализы могут показать либо высокое, либо низкое количество лейкоцитов, низкие тромбоциты, повышенные печеночные ферменты (АЛТ, АСТ), низкие уровни натрия и, возможно, снижение функции почек. [33]
Другая форма легионеллеза — лихорадка Понтиак , которая напоминает грипп и включает такие симптомы, как лихорадка, головная боль, мышечные боли, озноб, головокружение, тошнота, рвота и диарея. Эта форма протекает мягче, чем пневмония, вызванная легионеллой, и обычно проходит сама по себе. [33]
В некоторых случаях легионелла может вызывать инфекции за пределами легких, включая инфекции кожи и мягких тканей, похожие на целлюлит. Это особенно важно, если загрязненная вода контактирует с хирургическими ранами. Это также может привести к сердечным инфекциям, таким как эндокардит протезного клапана (без положительных культур крови), миокардит и перикардит. В редких случаях виды легионеллы были связаны с инфекциями суставов (например, септический артрит) и синуситом. [33]
В природе бактерии Legionella живут внутри крошечных организмов, таких как амебы (примеры: Acanthamoeba spp., Naegleria spp., Vermamoeba spp. или другие простейшие, такие как Tetrahymena pyriformis [34] ). Эти амебы встречаются в воде и почве. Они встречаются в небольших количествах в природных источниках воды, таких как озера и ручьи, но могут быстро расти в искусственных водных системах при правильных условиях. [35]
Легионелла распространяется через вдыхание загрязненных капель воды, которые могут поступать из туманов, спреев или других источников, которые выпускают крошечные капли в воздух. [23] В домах наиболее распространенными источниками воздействия являются душевые головки и раковины. Инкубационный период или время, необходимое для появления симптомов, обычно составляет 2-10 дней для пневмонии легионеллы и 24-72 часа для лихорадки Понтиак . [33] В редких случаях заражение может также произойти, если люди случайно вдыхают питьевую воду. Распространение от человека к человеку не доказано, [4] но может быть возможным в редких ситуациях. [23]
Большинство здоровых людей не болеют тяжело. Риск заражения легионеллой выше у взрослых, особенно у тех, кому за 40. Люди с определенными заболеваниями, такими как заболевания почек или печени, хронические заболевания легких или болезни сердца, подвергаются большему риску. Люди с ослабленной иммунной системой, такие как больные раком или реципиенты трансплантированных органов, также подвергаются риску. Люди с хроническими заболеваниями, такими как аутоиммунные заболевания, лечащиеся ингибиторами ФНО , также подвергаются более высокому риску заражения. Мужчины примерно в три раза чаще, чем женщины, заражаются, в то время как дети реже заболевают тяжелыми случаями. Курение, включая курение каннабиса , тесно связано с повышенным риском из-за повреждения слизистой оболочки дыхательных путей. [33]
Больницы и дома престарелых особенно обеспокоены безопасностью системы водоснабжения, поскольку уязвимые пациенты подвергаются более высокому риску. Например, Техасский департамент здравоохранения штата разработал руководящие принципы для больниц, чтобы остановить распространение легионеллы . [36]
В Соединенных Штатах легионелла ежегодно заражает от 8000 до 18000 человек. [37] Предотвращение контакта с зараженными каплями воды остается ключевым фактором снижения распространения.
После вдыхания или случайного проглатывания мелких аэрозольных частиц бактерии легионеллы прикрепляются к иммунным клеткам и поглощаются ими посредством процесса, называемого фагоцитозом . Внутри организма бактерии могут расти и размножаться в клетках легких, в частности, в альвеолярных макрофагах и моноцитах . [33]
У легионеллы есть несколько способов уклониться от иммунной системы, что увеличивает вероятность того, что у человека появятся симптомы инфекции. Она создает специальные вакуоли , или защитные пузырьки, внутри иммунных клеток, чтобы спрятаться от защитных сил организма. Она также снижает активность рецепторов цитокинов (которые играют роль в иммунном ответе), блокирует выработку определенных белков, необходимых хозяину, и избегает расщепления лизосомами , которые являются клеточными структурами, предназначенными для переваривания вредных частиц. [33]
Легионелла обычно диагностируется с помощью теста на антиген в моче. Некоторым пациентам, особенно находящимся в отделении интенсивной терапии или тем, кто не может предоставить образец мокроты, может потребоваться инвазивная процедура, такая как бронхоскопия , если первоначальный тест на антиген в моче отрицательный. Для наиболее точной диагностики врачи могут взять культуры из мокроты, жидкости из легких (так называемый бронхоальвеолярный лаваж ), легочной ткани или других пораженных участков. Эти культуры считаются «золотым стандартом» для подтверждения инфекции легионеллы . [33]
Профилактика заражения легионеллой начинается с улучшения систем водоснабжения и организации процессов мониторинга воды для ее контроля. [23] В США профилактические мероприятия сосредоточены в основном на учреждениях здравоохранения, особенно в больницах, где воздействие воды с большей вероятностью может оказаться смертельным. Федеральные руководящие принципы по снижению рисков заражения легионеллой были впервые введены в июне 2017 года, требуя от всех медицинских центров контролировать качество воды и иметь системы для предотвращения пневмонии, вызванной легионеллой в больнице. Учреждения с водными объектами, такими как терапевтические бассейны, ледогенераторы и декоративные фонтаны, должны иметь политику очистки и дезинфекции. [33]
Для удаления легионелл из систем водоснабжения часто добавляют химические дезинфицирующие средства. Фильтрация воды также может использоваться как на уровне водопровода, так и в определенных точках использования в качестве основного или комбинированного метода профилактики. Использование дезинфицирующих средств требует регулярного обслуживания и контроля химических уровней, чтобы гарантировать их эффективность в предотвращении роста легионелл . [33]
Антибиотики обычно являются первым выбором при лечении внебольничной пневмонии, которая может быть вызвана или не вызвана Legionella . Вариантами первой линии, когда возбудителем является Legionella , являются макролиды и фторхинолоны . Азитромицин , тип макролида, является предпочтительным выбором. Для пациентов с легкой формой заболевания курс лечения обычно длится около 10-14 дней, хотя большинство симптомов, как правило, улучшаются в течение первых 3-5 дней после начала приема антибиотиков. Для пациентов с иммунодефицитом или с тяжелыми случаями пневмонии Legionella рекомендуется более длительный курс лечения в три недели для обеспечения эффективного выздоровления. [33]
Даже при правильном лечении пневмония, вызванная легионеллой, может привести к серьезным проблемам со здоровьем и может быть опасной для жизни. Летальность при этом типе пневмонии составляет около 10%, и пациенты, которые попадают в отделение интенсивной терапии или имеют другие серьезные проблемы со здоровьем, с большей вероятностью умрут от нее. [33] Если есть задержка в начале лечения антибиотиками, риск смерти может быть примерно в три раза выше по сравнению с теми, кто получает лечение быстро. [33] Среди пациентов, у которых развивается пневмония в больнице, особенно в случаях, вызванных легионеллой , уровень смертности составляет около 25%. Для тех, у кого ослаблен иммунитет, уровень смертности может достигать 30-50%. [33]
После перенесенной пневмонии, вызванной легионеллой , у многих пациентов наблюдаются долгосрочные осложнения, причем более 25% сталкиваются с постоянными проблемами, такими как повторные госпитализации, острая почечная недостаточность , проблемы с легкими и рецидивирующая пневмония. [33] С другой стороны, выздоровление от лихорадки Понтиак обычно происходит в течение 3-5 дней, а серьезные осложнения или смерть, связанные с лихорадкой Понтиак, встречаются очень редко. [33]
Легионелла является причиной более 50% всех вспышек заболеваний, передающихся через воду, и более 10% заболеваний, связанных с питьевой водой в США. Заболеваемость легионеллезом, или инфекцией легионеллы, составляет около 2–3 случаев на 100 000 человек; однако истинное число случаев, вероятно, выше, чем сообщается. [33] Это связано с тем, что многие исследования внебольничной пневмонии не включают в себя рутинное тестирование на легионеллу , а это означает, что некоторые случаи могут остаться необнаруженными. [33]
Примеры вспышек с общим источником: [33]
Контроль роста легионеллы может осуществляться с помощью химических, термических или ультрафиолетовых методов обработки. [39]
Одним из вариантов является контроль температуры, т. е. поддержание температуры всей холодной воды ниже 25 °C (77 °F), а всей горячей воды выше 51 °C (124 °F). [3]
Температура влияет на выживаемость легионеллы следующим образом: [3]
Другая температурная чувствительность: [40] [41]
Температуру воды можно контролировать в режиме реального времени с помощью электронных устройств. [42]
Питьевая вода относится к горячей или холодной воде, которая предназначена для питья. CDC рекомендует поддерживать температуру горячей воды в пределах от 140 °F (60 °C) до 120 °F (49 °C), а холодную воду — ниже 68 °F (20 °C). Также рекомендуется регулярно промывать редко используемые приборы. [43]
Очень эффективной химической обработкой является хлор . Для систем с незначительными проблемами хлор обеспечивает эффективные результаты при остаточном содержании >0,5 ppm [44] в системе горячего водоснабжения. Для систем со значительными проблемами легионеллы может быть эффективным временное шоковое хлорирование, когда уровни повышаются до более чем 2 ppm в течение 24 часов или более, а затем возвращаются к 0,5 ppm. [45] Гиперхлорирование также может использоваться, когда система водоснабжения выводится из эксплуатации, а остаточное содержание хлора повышается до 50 ppm или выше во всех отдаленных точках в течение 24 часов или более. Затем система промывается и возвращается к 0,5 ppm хлора перед повторным вводом в эксплуатацию. Эти высокие уровни хлора проникают в биопленку, убивая как бактерии легионеллы , так и организмы-хозяева. Ежегодное гиперхлорирование может быть эффективной частью комплексного плана профилактических действий по борьбе с легионеллой . [46]
Ионизация меди и серебра признана Агентством по охране окружающей среды США и ВОЗ для контроля и профилактики легионеллы . [47] [48] Это популярный метод, используемый при строительстве систем водоснабжения для контроля бактерий легионеллы , в основном потому, что он доступен по цене и не требует особого обслуживания. В этом методе ионы меди ослабляют клеточную стенку бактерий, позволяя ионам серебра затем разрушать ДНК и белки бактерий, предотвращая дальнейшее распространение. [49] Концентрации ионов меди и серебра должны поддерживаться на оптимальных уровнях с учетом как расхода воды, так и общего водопользования, для контроля легионеллы .
Ионизация меди и серебра является эффективным процессом для контроля легионеллы в системах распределения питьевой воды, используемых в медицинских учреждениях, гостиницах, домах престарелых и большинстве крупных зданий. Однако она не предназначена для градирен из-за уровня pH выше 8,6, который вызывает осаждение ионной меди. Кроме того, толилтриазол , обычная добавка при обработке охлаждающей воды, может связывать медь, делая ее неэффективной. Ионизация стала первым подобным процессом дезинфекции в больнице, который выполнил предложенную четырехэтапную оценку модальности; к тому времени она была принята более чем в 100 больницах. [50] Ионизация меди и серебра работает медленнее, чем другие дезинфицирующие средства, и на нее влияет химический состав воды. [49]
Диоксид хлора был одобрен Агентством по охране окружающей среды США в качестве основного дезинфицирующего средства питьевой воды с 1945 года. Диоксид хлора не производит никаких канцерогенных побочных продуктов, как некоторые другие источники хлора, при использовании для очистки питьевой воды, содержащей природные органические соединения, такие как гуминовые и фульвовые кислоты; могут образовываться тригалометаны . Было показано, что питьевая вода, содержащая такие молекулы, увеличивает риск возникновения рака.
Поскольку диоксид хлора остается в виде газа, ему легче проникать в микроорганизмы и нарушать их внутренние функции. Он работает лучше хлора, когда дело касается разрушения биопленок, и эффективен в более широком диапазоне pH. Тестирование показало, что низкие уровни диоксида хлора снижают бактерии Legionella до неопределяемых уровней за 6 дней; однако его эффективность может быть снижена при наличии амеб. [51] Он также не так широко распространен в водных системах из-за опасений относительно его токсичности, неприятных запахов и вредных побочных продуктов, как указано выше, которые он может создавать.
Альтернативой является монохлорамин . Он создается путем смешивания хлора и аммиака и ценится за свою стабильность и способность проникать в биопленки лучше, чем хлор. Как и хлор и диоксид хлора, монохлорамин одобрен Агентством по охране окружающей среды США в качестве основного дезинфицирующего средства для питьевой воды. Регистрация в Агентстве по охране окружающей среды требует наличия этикетки биоцида, на которой указаны токсичность и другие данные, необходимые для всех зарегистрированных биоцидов.
Он действует медленнее, чем хлор, и требует точного химического управления из-за проблем с токсичностью. [51]
Ультрафиолетовый свет в диапазоне от 200 до 300 нм может инактивировать легионеллу. Согласно обзору Агентства по охране окружающей среды США, трехлогарифмическая (99,9%) инактивация может быть достигнута при дозе менее 7 мДж/см 2 . [52]
Был обнаружен аптамер , специфичный к легионеллам [53] , и в 2022 году на его основе был разработан анализ для обнаружения с пределом 104,3 клеток /мл без каких-либо этапов обработки. [54]
Несколько европейских стран создали Европейскую рабочую группу по легионеллезным инфекциям [55] для обмена знаниями и опытом в области мониторинга потенциальных источников легионеллы . Рабочая группа опубликовала руководящие принципы относительно действий, которые необходимо предпринять для ограничения количества колониеобразующих единиц (то есть живых бактерий, способных размножаться) легионеллы на литр:
Бактерии легионеллы КОЕ/литр | Необходимые действия (требуется 35 образцов на одно учреждение, включая 20 проб воды и 10 мазков) |
---|---|
1000 или меньше | Система под контролем |
более 1000 до 10 000 | Проверка работы программы: Подсчет должен быть подтвержден немедленной повторной выборкой. Если снова будет обнаружен аналогичный подсчет, необходимо провести проверку мер контроля и оценку риска для определения любых корректирующих действий. |
более 10000 | Реализуйте корректирующие действия: Система должна быть немедленно повторно отобрана. Затем она должна быть «обработана» соответствующим биоцидом в качестве меры предосторожности. Оценка риска и меры контроля должны быть пересмотрены для определения корректирующих действий. (150+ КОЕ/мл в учреждениях здравоохранения или домах престарелых требуют немедленных действий.) |
Руководящие принципы мониторинга изложены в Утвержденном кодексе практики L8 в Великобритании. Они не являются обязательными, но широко рассматриваются как таковые. Работодатель или владелец собственности должны следовать Утвержденному кодексу практики или достичь того же результата. Непредставление записей мониторинга, соответствующих по крайней мере этому стандарту, привело к нескольким громким судебным преследованиям, например, Nalco + Bulmers — ни одна из них не смогла доказать, что схема достаточна для расследования вспышки, поэтому обе были оштрафованы на сумму около 300 000 фунтов стерлингов. Важное прецедентное право в этой области — R против попечителей Музея науки 3 All ER 853, (1993) 1 WLR 1171 [56]
Работодатели и лица, ответственные за помещения в Великобритании, обязаны в соответствии с требованиями Контроля за веществами, опасными для здоровья, проводить оценку рисков, связанных с легионеллой. Эта оценка риска может быть очень простой для помещений с низким уровнем риска, однако для более крупных или высокорисковых объектов может включать описание участка, реестр активов, упрощенные схематические чертежи, рекомендации по соблюдению и предлагаемую схему мониторинга. [57]
Утвержденный кодекс практики L8 рекомендует пересматривать оценку риска не реже одного раза в два года и всякий раз, когда есть основания подозревать, что она больше недействительна, например, если системы водоснабжения были изменены или модифицированы, или если изменилось использование системы водоснабжения, или если есть основания подозревать, что меры по контролю за легионеллой больше не работают. [58]
Легионелла может быть использована в качестве оружия, и действительно, была показана генетическая модификация L. pneumophila , при которой уровень смертности среди инфицированных животных может быть увеличен почти до 100%. [59] [60] [61] Бывший советский биоинженер Сергей Попов заявил в 2000 году, что его команда экспериментировала с генетически улучшенным биологическим оружием , включая легионеллу . [61] Попов работал ведущим научным сотрудником в институте Вектор с 1976 по 1986 год, затем в Оболенске до 1992 года, когда он сбежал на Запад. Позже он разгласил большую часть советской программы биологического оружия и поселился в Соединенных Штатах. [62]
(1) Продемонстрированная эффективность искоренения легионеллы in vitro с использованием лабораторных анализов, (2) отдельные случаи профилактики легионеллеза в отдельных больницах, (3) контролируемые исследования в отдельных больницах и (4) подтверждение в подтверждающих отчетах из нескольких больниц в течение длительного времени.