第二章细菌的生理-微生物

微生物细菌的生理活动包括摄取营养物质和合成各种所需物质，进行新陈代谢及生长繁殖，欢迎一起学习细菌的生理知识。

第二章细菌的生理-微生物

• 概论
  • 定义-细菌的生理活动包括摄取营养物质和合成各种所需物质，进行新陈代谢及生长繁殖
  • 特点
    • 细菌的代谢活动十分活跃且多样化
    • 细菌生长速度极为迅速
• 细菌的理化性状
  • 化学组成
    • 水（75%-90%）无机盐、蛋白质、糖类、脂质、核酸等
    • 肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸、D型氨基酸、二氨基庚二酸、吡啶二羧酸
  • 物理性状
    • 光学性质：半透明体，光线照射时呈混浊状态，使用比浊法或分光光度计可粗略估计细菌数量
    • 表面积：相对表面积大，利于同外界物质交换，因此代谢旺盛，繁殖迅速
    • 带电现象：G+菌等电点pH为2～3，G-菌等电点pH为4～5，故在近中性或弱碱性环境中，细菌均带负电荷，前者所带负电荷更多
    • 半透性：细胞壁和细胞膜都有半透性，允许水及部分小分子物质通过
    • 渗透压：G+菌20～25个大气压，G-菌5～6个大气压，所以所处环境一般低渗
• 细菌的营养与生长繁殖
  • 细菌的营养物质
    • 水-重要溶剂
    • 碳源-合成菌体和作为获得能量的主要来源-主要从糖类中获得
    • 氮源-菌体成分的原料-主要从氨基酸、蛋白胨中获得，少数病原菌可利用硝酸盐或氮气
    • 无机盐-构成有机化合物，成为菌体成分、酶的组成成分，维持酶的活性、参与能量的储存和转运、调节菌体内外渗透压、与繁殖和致病相关
    • 生长因子-自身不能合成的生长因子
  • 细菌摄取营养物质的机制
    • 被动扩散 -营养物质从浓度高向浓度低的一侧扩散，其驱动力是浓度梯度，不需要提供能量
      • 简单扩散、易化扩散
    • 主动转运-细菌吸收营养物质的主要方式，其特点是营养物质从浓度低向浓度高的一侧转运，并需要提供能量
      • ABC转运、离子偶联转运、基因转移、特异性转运
  • 细菌的营养类型
    • 自养菌：以简单的无机物为原料
      • 化能自养菌-所需能量来自无机物的氧化
      • 光能自养菌-通过光合作用获得能量
    • 异养菌：必须以多种有机物为原料
      • 腐生菌-以动植物尸体、腐败食物等作为营养物
      • 寄生菌-寄生于活体内，从宿主的有机物获得营养
    • 所有的病原菌都是异养菌，大部分分属寄生菌
  • 影响细菌生长的因素
    • 营养物质
      • 水、碳源、氮源、无机盐、生长因子
    • pH值
      • 大多数病原菌的最适pH值为7.2～7.6；嗜中性菌（6-8）、嗜酸性菌（3）、嗜碱性菌（10.5）
    • 温度
      • 病原菌的最适温度为37℃：嗜冷菌（10-20℃）、嗜温菌（20-40℃）、 嗜热菌（50-60℃）
    • 气体
      • 根据细菌代谢时对氧气的需要与否
        • 专性需氧菌：具有完善的呼吸酶系统，需要分子氧作为受氢体以完成需氧呼吸，仅在有氧环境下生长
          • 结核分枝杆菌、铜绿假单胞菌
        • 微需氧菌：在低氧压（5%-6%）生长最好
          • 空肠弯曲菌、幽门螺旋杆菌
        • 兼性厌氧菌：兼有有氧呼吸和无氧发酵两种功能，在有氧、无氧环境中均能生长，但以有氧时生长较好
          • 大多数病原菌
        • 专性厌氧菌：缺乏完整的呼吸酶系统，只能进行无氧发酵，必须在无氧环境下生长
          • 破伤风梭菌、脆弱类杆菌
      • CO2
        • 对细菌生长也很重要，大部分细菌在代谢中产生的CO2可满足需要，个别细菌初次分离时需人工供给5%-10%CO2
    • 渗透压
      • 一般培养基盐浓度、渗透压适用于大多数细菌
  • 细菌的生长繁殖
    • 细菌个体的生长繁殖
      • 以简单的二分裂方式进行无性繁殖
        • 菌细胞先增大，再染色体复制
      • 代时-细菌分裂数量倍增所需要的时间，多数细菌为20～30min，而结核分枝杆菌需18～20h
    • 细菌群体的生长繁殖
      • 生长曲线：将一定数量的细菌接种于适宜的液体培养基中，连续定时取样检查活菌数，可发现其生长过程的规律性。以培养时间为横坐标，培养物中活菌数的对数为纵坐标，可绘制一条生长曲线
        • 迟缓期：细菌进入新环境后的短暂适应阶段；菌体增大，代谢活跃，为细菌的分裂繁殖合成并积累充足的酶、辅酶和中间代谢产物；但分裂迟缓，繁殖极少 ；1～4h
        • 对数期： 生长迅速，活菌数呈几何级数增长，生长曲线图上菌数的对数呈直线上升，达顶峰状态；研究细菌的生物学性状（形态染色、生化反应、药物敏感试验等）应选用该期的细菌（形态、染色性、生理活性较典型，对外界环境因素作用敏感）；8～18h
        • 稳定期：培养基中营养物质消耗，有害产物积累，细菌繁殖速度减慢，死亡数量增多，二者大致平衡；生物学性状有所改变；产生芽孢、抗生素、外毒素
        • 衰亡期：繁殖越来越慢，死亡数越来越多，超过活菌数；细菌形态显著变化，难以辨认，生理活动趋于停止
        • 人工培养条件下才能观察到
• 细菌的新陈代谢
  • 概论
    • 定义-菌细胞内分解代谢和合成代谢的总和-代谢旺盛、代谢类型多样化
      • 分解代谢-底物分解和转化为能量的过程
      • 合成代谢-所产生的能量和少数几种简单的前体用于细胞组分的合成
      • 中间代谢-将二者紧密结合在一起
  • 细菌的代谢产物
    • 分解代谢产物及细菌的生化反应
      • 细菌的生化反应：各种细菌所具有的酶不完全相同，对营养物质的分解能力亦不同，因而其代谢产物有别。根据此特点，利用生物化学方法来鉴别不同细菌称为细菌的生化反应
      • 糖发酵试验
        • 大肠埃希菌能分解乳糖（甲酸脱氢酶），产酸产气：伤寒沙门菌不能分解乳糖
      • VP试验 （V）
        • 产气杆菌能分解丙酮酸生成乙酰甲基甲醇，在碱性溶液中生成二乙酰，与含胍基化合物生成红色化合物，为VP试验阳性；大肠埃希菌不能分解丙酮酸，为VP试验阴性
      • 甲基红试验（M）
        • 大肠埃希菌不能分解丙酮酸，含酸量多，pH≦4.5，与甲基红结合后呈红色，为甲基红试验阳性；产气杆菌分解丙酮酸生成乙酰甲基甲醇为中性，含酸量少，pH＞5.4，与甲基红结合呈橘黄色，为甲基红试验阴性
      • 枸橼酸盐利用试验 （C）
        • 产气杆菌利用枸橼酸盐为唯一碳源，铵盐为唯一氮源，生成碳酸盐和氨，使培养基呈碱性，蓝色，为枸橼酸盐利用试验阳性；大肠埃希菌不能利用枸橼酸盐为唯一碳源，呈绿色，为枸橼酸盐利用试验阴性
      • 吲哚试验 （I）
        • 大肠杆菌、变形杆菌、霍乱弧菌分解色氨酸生成吲哚，与二甲基氨基苯甲醛作用生成玫瑰吲哚，呈红色，为吲哚试验阳性
      • 硫化氢试验
        • 沙门菌、变形杆菌分解含硫氨基酸生成硫化氢，遇铅或铁离子呈黑色，为硫化氢试验阳性
      • 尿素酶试验
        • 变形杆菌分解氨，使培养基呈碱性，以酚红作指示剂为红色，为尿素酶试验阳性
    • 合成代谢产物及其医学上的意义
      • 热原质
        • 定义-又称致热原，是细菌合成的一种注入人体或动物体内能引起发热反应的物质；产生致热原的细菌大多为革兰阴性菌，即其细胞壁的脂多糖
        • 特点
          • 耐高温，致热，高压蒸汽灭菌不能破坏
        • 消除方法
          • 250℃高温干烤；用吸附剂和特殊石棉滤板吸附液体中的热质原；蒸馏法（最好）
        • 意义
          • 生物制品检测指标
      • 毒素与侵袭性酶
        • 外毒素-多数革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中释放到菌体外的蛋白质 ，毒性强于内毒素
        • 内毒素-革兰阴性菌细胞壁的脂多糖，当菌体死亡崩解后游离出来 ，对热抵抗力强
        • 侵袭性酶-细菌重要的致病物质，能损伤机体组织，促使细菌的侵袭和扩散
          • 产气荚膜梭菌的卵磷脂酶、链球菌的透明质酸酶
      • 色素
        • 一般在营养丰富、氧气充足、温度适宜的条件下产生，功能尚不明确，有助于鉴别细菌
          • 水溶性色素-能弥散到培养基或周围组织-铜绿假单胞菌
          • 脂溶性色素-不溶于水，只存在于菌体，菌落显色而培养基颜色不变-金黄色葡萄球菌
      • 抗生素
        • 某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死其他微生物或肿瘤细胞的物质-大多由放线菌和真菌产生
      • 细菌素
        • 某些菌株产生的一类具有抗菌作用的蛋白质，其作用范围比抗生素狭窄，仅对与产生菌有亲缘关系的细菌有杀伤作用
          • 子主题
      • 维生素
        • 细菌在代谢过程中能产生一些维生素，除供自身所用外，还能分泌到周围环境
          • 某些肠道菌合成B族维生素、维生素K
• 细菌的人工培养
  • 培养细菌的方法
    • 培养基提供充足的营养物质，合适的酸碱度及渗透压，适宜的温度和必要的气体 ，无菌
    • 分离培养-将标本或培养物划线接种在固体培养基的表面，因划线的分散作用，使许多原混杂的细菌在固体培养基表面散开
    • 菌落-单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团
    • 纯培养-挑取一个菌落，移种到另一个培养基中，可生长出大量的纯种细菌，多用于菌种的扩增
  • 培养基
    • 是由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品
    • 基础培养基 ：含有多数细菌生长繁殖所需的基本营养成分，是配制特殊培养基的基础-营养肉汤、营养琼脂、蛋白胨水
    • 增菌培养基：了解某种细菌的特殊营养要求，以配制出适合这种细菌而不适合其他细菌生长
      • 通用培养基-基础培养基中添加合适的生长因子或微量元素
      • 专用培养基（选择性增菌培养基）-除固有的营养成分外，再添加特殊抑制剂，有利于目的菌的生长繁殖
    • 选择培养基：在培养基中加入某种化学物质，使之抑制某些细菌生长，而有利于另一些细菌生长，从而将后者从混杂的标本中分离出来
    • 鉴别培养基：用于培养和区分不同细菌种类的培养基，培养基中加入了一些特定的作用底物和指示剂
    • 厌氧培养基：专供厌氧菌的分离、培养和鉴别用的培养基-庖肉培养基
  • 细菌在培养基中的生长情况
    • 在液体培养基中生长情况-保菌增菌
      • 专性需氧菌在表面生长，常形成菌膜
      • 多数呈均匀混浊状态
      • 少数链球菌呈沉淀生长
    • 在固体培养基中生长情况-分离纯化
      • 光滑型菌落（S）-表面光滑、湿润、边缘整齐
      • 粗糙型菌落（R）-表面粗糙、干燥、边缘不整齐
      • 黏液型菌落（M）-粘稠、有光泽、似水珠
    • 在半固体培养基中生长情况-动力检查
      • 有鞭毛的细菌在其中可自由游动，沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长；无鞭毛细菌只能沿穿刺线呈明显的线状生长
  • 人工培养细菌的用途
• 抑制或杀死微生物的理化因素
  • 消毒灭菌的常用术语
    • 灭菌：杀死物体上所有微生物的方法，灭菌比消毒要求高，包括杀死细菌芽孢在内的全部病原微生物和非病原微生物
    • 消毒：杀死物体上或环境中的病原微生物，并不一定能杀死含芽孢的细菌或非病原微生物的方法，用以消毒的药品称为消毒剂
    • 防腐：防止或抑制微生物生长繁殖的方法，细菌一般不死亡
    • 清洁：通过除去尘埃和一切污秽以减少微生物数量的过程
    • 无菌：不存在活菌，多是灭菌的结果
    • 无菌操作：防止微生物进入人体或其他物品的操作技术
  • 物理消毒灭菌
    • 热力灭菌法-通过脱水、干燥和大分子变性达到杀菌目的，细菌繁殖体在80～100℃，1小时可被杀死；芽孢则需160～170℃经2小时死亡
      • 焚烧-废弃物、动物尸体
      • 烧灼-接种环、试管口
      • 干烤-玻璃器皿、瓷器、玻璃注射器
      • 红外线-医疗器械和食具
    • 湿热灭菌法-同一温度下，比干热灭菌效果好（湿热中菌体蛋白较凝固变性、穿透力比干热大、湿热的蒸汽有潜热效应）
      • 巴氏消毒法-用较低温度杀灭液体中的病原菌或特定微生物，以保持物品中所需的不耐热成分不被破坏的消毒方法-消毒牛乳、酒类-71.7℃经15～30秒
      • 煮沸法-食具、刀剪、注射器
      • 流动蒸汽消毒法-细菌繁殖体15～30分钟可被杀灭，常不能杀灭全部细菌芽孢
      • 间歇蒸汽灭菌法-不耐高热的含糖、牛奶等培养基
      • 高压蒸汽灭菌法-耐高温、耐湿、耐压物品-大气压103.4KPa、温度121.3℃ 、15～20min-杀灭包括细菌芽孢在内的所有微生物
    • 辐射杀菌法
      • 紫外线-穿透力较弱-空气消毒及不耐热物品的表面消毒-对人体皮肤、眼睛有损伤作用
      • 电离辐射-产生游离基，破坏DNA，从而杀死细菌，常用于大量一次性医用塑料制品的消毒或食品消毒且不破坏其营养成分
        • β射线穿透性差，但作用时间短，安全性好
        • γ射线穿透力强，但作用时间长，安全性差
      • 微波-检验室用品、无菌室食品用具、药杯消毒
    • 滤过除菌法-用物理阻菌的方法除去液体或空气中的细菌，以达到无菌的目的，但不能除去病毒和支原体
      • 液体除菌
        • 常用滤过器-薄膜滤器、玻璃滤器、石棉滤器
        • 滤菌器孔径一般为0.45um以下，最小为0.1um
        • 特点-只能除去细菌，不能除去病毒、支原体等
        • 应用-一些不耐高温的血清、毒素、抗生素的除菌
      • 空气除菌
        • 常用滤器-初、中、高三级高效分子空气滤过器
        • 特点-除去空气中0.5-5um的尘埃颗粒
        • 应用-生物洁净室，用作无菌护理室和无菌手术室
    • 干燥与低温抑菌法
      • 干燥法：不同细菌对干燥的抵抗力不同，干燥法常用于保存食物（浓盐或糖渍）
      • 低温法：低温使细菌的新陈代谢减慢，常用于保存菌种，在低温情况下，真空抽去水分，称冷冻真空干燥，是目前保存菌种的最好方法，可保存微生物数年至数十年
  • 化学消毒灭菌法
    • 概论
      • 消毒机制
        • 促进菌体蛋白质变性或凝固
        • 干扰细菌的酶系统和代谢
        • 损伤细菌的细胞膜，而影响细菌的化学组成、物理结构和生理活动，达到防腐、消毒和灭菌的效果
      • 消毒剂特点
        • 作用无选择性；对人体细胞有损伤，故只能外用或用于环境的消毒
    • 高效消毒剂：杀死细菌芽孢在内的所有微生物-内窥镜、塑料外科器材等
      • 含氯消毒剂：有效成分按有效含氯量计算
        • 有效含氯量-指某含氯量所含有的与其氧化能力相当的氯量和消毒剂总量的比值，一般以百分比或mg/L表示
        • 常用种类：次氯酸钠、二氯异氰酸尿酸钠、漂白粉
        • 制剂特点：在水中可产生具有杀菌作用的氯、次氯酸、新生态氯
        • 作用机制：氯-氧化细菌-SH基；次氯酸盐-与胞质成分作用形成氯-氯复合物，干扰细菌代谢
        • 作用特点：杀菌谱广，作用快
        • 应用：物体表面、饮用水、皮肤、地面、排泄物、污水、但对金属有腐蚀作用
      • 过氧化物消毒剂
        • 常用种类：过氧化氢、过氧乙酸、二氧化氯
        • 作用特点：具有强大的氧化能力，高效，广泛杀菌
        • 作用机制：可使酶蛋白中的-SH基转变为-S-S-基，导致酶活性丧失
        • 制剂特点：过氧化氢-3～6%可杀死大多数细菌，10～25%可杀死所有微生物；过氧乙酸：强氧化性，易溶于水，无残留，稳定性差，有刺激性和腐蚀性，不用于金属器具消毒；二氧化氯：在水中溶解饱和后，向空气逸散，浓度达到4mg/m³，可杀死99.99%细菌、病毒、真菌
      • 醛类消毒剂
        • 常用种类：戊二醛和甲醛（毒性）
        • 制剂特点：为烷化剂
        • 作用机制：对细菌蛋白质和核酸的烷化作用
        • 作用特点：对橡胶、塑料、金属器具等物品无腐蚀性：但对皮肤黏膜有刺激性，适用于精密仪器和内窥镜的消毒
      • 环氧乙烷
        • 制剂特点：杂环类化合物，沸点为10.8℃，易蒸发，多为气体消毒剂
        • 作用机制：同甲醛
        • 作用特点：穿透力强，杀菌谱广，杀灭芽孢能力强，但易燃，对人有一定毒性
    • 中效消毒剂：不能杀灭细菌的芽孢，但能杀死细菌的繁殖体、真菌和大多数病毒-麻醉器材、喉镜、阴道窥镜等
      • 含碘消毒剂
        • 常用种类：碘酊和碘伏
        • 杀菌机制：主要依靠其沉淀蛋白和强大的氧化能力
        • 制剂特点：碘酊-为碘和乙醇溶液，对皮肤有刺激性，消毒后用75%乙醇擦净；碘伏-为碘和载体的结合物，对皮肤刺激性小，易洗脱
        • 应用：皮肤黏膜、体温计和其他物品表面消毒
      • 醇类消毒剂
        • 常用种类：乙醇和异丙醇
        • 杀菌机制：去除细胞膜中的脂类，并是菌体蛋白质变性
        • 制剂特点：乙醇浓度70-75%杀菌力最强，异丙醇50-80%杀菌力强，其中后者杀菌力比前者强，且挥发性低，但毒性高
    • 低效消毒剂：能杀灭多数细菌的繁殖体，但不能杀灭细菌芽孢、结核分枝杆菌及某些抵抗力较强的真菌和病毒-皮肤、黏膜、物体表面等
      • 季铵盐类消毒剂
        • 常用种类：苯扎溴铵（新洁尔灭）
        • 杀菌机制：阳离子表面活性剂，吸附细菌表面，改变其通透性，使菌体酶、辅酶、代谢中间产物溢出，呈现杀菌作用
        • 制剂特点：溶液无色、无臭，表面活性剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型
        • 应用：皮肤、黏膜、物品表面、地面消毒
      • 氯已定（洗必泰）
        • 双胍类化合物，溶液无色、无臭、刺激性轻微，不宜与阴离子表面活性剂合用
      • 高锰酸钾
        • 具有氧化作用，用于皮肤、黏膜冲洗、浸泡消毒、蔬菜、水果消毒
  • 消毒灭菌的应用
    • 医疗器械物品的消毒灭菌
      • 高危器械物品：使用时需进入无菌组织的物品，如针头、注射器、手术器械、敷料等-灭菌，高效消毒剂（环氧乙烷、戊二醛等）
      • 中危器械物品：使用时不进入无菌组织，但需要接触黏膜的器械，如呼吸机、麻醉机、胃镜、支气管镜等-消毒即可（过氧乙酸、醇类和戊二醛等）
      • 低危器械物品：只接触未损伤的皮肤，不进入无菌组织和不接触黏膜的物品，如治疗车、治疗盘、便盆等-清洗后、消毒处理即可
      • 快速周转的医疗器械：对医疗工作中快速周转的关键和半关键器材，如纤维内窥镜、牙钻等-瞬时灭菌、微波灭菌、高效消毒剂快速处理等
    • 室内空气消毒灭菌
      • 物理消毒法：紫外线照射（最常用）；滤过细菌（＜0.2um高效过滤装置）
      • 化学消毒法：0.5%过氧乙酸水溶液；3%过氧化氢溶液；二氧化氯水溶液（饱和）；中草药（艾叶）
    • 手和皮肤的消毒
      • 暂住菌和常驻菌
    • 黏膜的消毒
      • 口腔黏膜（3%双氧水）；冲洗阴道、尿道、膀胱等（0.05%氯已定或1g/L高锰酸钾
    • 病人排泄物与分泌物的消毒灭菌
      • 次氯酸钠、漂白粉等
    • 饮水的消毒
      • 氯气、漂白粉
    • 环境的消毒（病人居住过的房间、厕所、阴沟等）
      • 0.2-0.5%过氧乙酸、生石灰等
  • 影响消毒灭菌效果的因素
    • 微生物种类
      • 真菌、细菌繁殖体、有包膜病毒、无包膜病毒、分枝杆菌、细菌芽孢
    • 微生物的生理状态
      • 营养缺陷＞营养丰富
    • 微生物的数量
    • 消毒剂的性质、浓度与作用时间
    • 温度
      • 温度增高10℃，含氯消毒剂杀菌时间减少50-65%
    • 酸碱度
      • 苯扎溴铵pH值低，需药物浓度越高，而含氯类pH值越低，杀菌活性越高
    • 有机物
      • 脓液、痰液、血液和尿液等
    • 湿度
      • 环氧乙烷RH：80%，甲醛RH：80-90%