Ботулизм: этиология, патогенез, клиническая картина, методы диагностики, лечение и меры профилактики

Ботулизм — редкое, но опасное для жизни нейропаралитическое заболевание, вызываемое ботулиническим нейротоксином (BoNT), который чаще всего продуцируется бактерией Clostridium botulinum.

Заболевание начинается с симметричного паралича черепных нервов, прогрессирует до нисходящей симметричной слабости, поражающей туловище и конечности, и может привести к полному вялому параличу.

Часто наблюдается тяжелая дыхательная недостаточность (ДН), требующая искусственной вентиляции легких (ИВЛ), а при отсрочке лечения возможен летальный исход. Своевременная специфическая терапия определяет шансы на выживание; выздоровление может занять от нескольких месяцев до нескольких лет.

Этиология и пути инфицирования

Ботулизм — нейропаралитический синдром, возникающий в результате системного воздействия нейротоксина, продуцируемого грамположительной, палочковидной, спорообразующей, облигатно анаэробной бактерией C. botulinum и реже шестью другими геновидами клостридий: C. parabotulinum, C. sporogenes, C. botulinum, C. novyi sensu lato, C. baratii, C. butyricum и C. argentinense. Геновиды клостридий, продуцирующие BoNT, — это гетерогенные повсеместно распространенные бактерии, которые на основе физиологических характеристик обычно делятся на 4 группы: I, II, III и IV.

BoNT имеет семь серотипов с различной распространенностью: A, B, C (Ca, Cb), D, E, F, G и восьмой гибрид F/A (ранее известный как H). C. baratii и C. butyricum — негруппированные геновиды, продуцирующие подтипы токсинов BoNT/F7 и BoNT/E4, E5 соответственно. Большинство случаев ботулизма, передающегося через пищу, вызваны токсинами типов A, B, E и F. Хотя большинство геновидов клостридий продуцируют только один серотип токсина, были выявлены штаммы, продуцирующие два токсина. Все типы ботулинических токсинов имеют сходную структуру, состоящую из белка цинк-эндопептидазы, образованного тяжелой цепью (около 100 000 дальтонов) и легкой цепью (около 50 000 дальтонов).

BoNT считается самым смертоносным из известных токсинов. Его летальная доза (LD50 — количество, необходимое для уничтожения 50 % образца) составляет от 1 до 3 нг/кг массы тела. BoNT типа А (BoNT/A) является самым мощным и вызывает наиболее тяжелый ботулизм.

Факторы риска

Факторы риска инфицирования:

• употребление в пищу неправильно консервированных, обработанных или ферментированных продуктов;
• использование инъекционных наркотиков (подкожное введение определенного типа героина — черного дегтярного);
• сложные переломы с загрязнением почвой, глубокие колотые инфицированные раны;
• употребление меда;
• любой контакт с почвой, содержащей эндоспоры клостридий;
• высокие дозы ботулинического токсина при терапевтическом или косметическом применении.

Типы ботулизма

Описаны следующие типы ботулизма, различающиеся способом воздействия нейротоксина:

• пищевой — воздействие BoNT, содержащегося в пище;
• раневой — воздействие BoNT из инфицированной раны (чаще всего в результате подкожного введения веществ или использования игл, загрязненных спорами);
• детский — бактериальная колонизация кишечника;
• кишечная колонизация у взрослых;
• ингаляционный — аэрозольное воздействие нейротоксина (может быть вызвано преднамеренно);
• ятрогенный — воздействие BoNT при инъекции высококонцентрированного токсина в косметических или терапевтических целях.

Существуют опасения по поводу возможного биотерроризма: преднамеренное загрязнение продуктов питания или напитков, а также распыление токсина в виде аэрозоля. BoNT рассматривается террористическими организациями и государствами как оружие массового поражения из-за легкости его аэрозолизации (1 г BoNT достаточно для уничтожения 1 млн человек).

Факторы, влияющие на выработку токсина

К барьерам для выработки токсина относятся:

• аэробная среда;
• низкая температура;
• щелочной pH;
• высокое содержание сахара.

Независимо от спор, токсин термолабилен и разрушается при температуре выше 85 °C в течение более 5 минут. Токсин типа E может вырабатываться при температуре ниже 3 °C (например, в копченой рыбе в вакуумной упаковке в холодильнике).

При соблюдении надлежащих гигиенических и стерильных условий при промышленном производстве продуктов ботулизм возникает редко. Однако он может развиться при нарушениях, приводящих к контаминации продуктов токсином и/или эндоспорами C. botulinum, способными продуцировать BoNT. Эндоспоры повсеместно распространены, устойчивы к ферментативному расщеплению, изменениям давления и высоким температурам. Они могут переносить кипячение при 100 °C в течение нескольких часов (кипячение при температуре 120 °C в течение 30 минут их убивает). Присутствие эндоспор в пищевых продуктах в условиях плохой стерилизации и обработки (например, при домашнем консервировании) создает анаэробную среду, которая позволяет эндоспорам прорастать и продуцировать BoNT.

Хотя мед является известным фактором риска развития ботулизма у младенцев, в настоящее время большинство случаев регистрируются без какого-либо известного контакта с медом и связаны с инфицированием C. botulinum из богатой спорами почвы.

Эпидемиология

C. botulinum легко выделяется из почвы, морепродуктов, фруктов и овощей. Этот вид образует термостойкие споры, которые прорастают в анаэробных условиях и превращаются в токсинпродуцирующие бациллы.

В период с 1920 по 2014 г. было зарегистрировано 197 вспышек пищевого ботулизма. Большинство случаев во всем мире вызваны токсинами типов A, B, E и F: 34 %, 16 %, 17 % и 1 % вспышек соответственно. Вспышки были зарегистрированы в 27 странах; большинство из них (55 %) произошли в США, 15 % — в Канаде, 13 % — в странах Европы, 13 % — в Азии, 3 % — в Африке и 2 % — в Австралии.

Большинство случаев ботулизма в США в этот период были вызваны домашним консервированием продуктов; в Европе — преимущественно продуктами промышленного производства. Токсин А был причиной 58 % вспышек в США, 45 % в Европе и 50 % в Азии; токсин типа Е был причиной 50 % вспышек в Канаде.

• Инкубационный период короче при ботулизме, вызванном токсином типа Е, чем при ботулизме, вызванном токсином типа А.
• При инфицировании токсином типа А наблюдается самый высокий средний процент потребности в ИВЛ.
• Токсин типа C блокирует нервно-мышечную передачу в тканях человека, но может не абсорбироваться в желудочно-кишечном тракте.
• Токсин типа D не блокирует нервно-мышечную передачу.
• Случаев заболевания у людей, вызванных токсином типа G, не зарегистрировано.
• Токсин типа Е связан с употреблением в пищу сырых морепродуктов и часто вызывает желудочно-кишечные симптомы различной степени тяжести.
• Случаи инфицирования токсином типа F редки и характеризуются быстрым прогрессированием, обширным параличом и дыхательной недостаточностью, но с более ранним выздоровлением.

В США в период с 2011 по 2015 г. ежегодно регистрировалось в среднем 162 случая ботулизма: 71–88 % детского ботулизма, 1–20 % пищевого, 5–10 % раневого и 1–4 % ботулизма другого или неизвестного происхождения. BoNT/A и BoNT/B вызывали большинство случаев.

В период с 2006 по 2021 г. в Канаде задокументировано 55 случаев пищевого ботулизма с 7 летальными исходами. BoNT типа Е был идентифицирован как причина в 52 % случаев, типа А — в 24 %, типа В — в 16 %, типа F — в 3 %, а типа AB — в 1 %. В 70 % случаев пациентам потребовалась ИВЛ. BoNT/A был причиной более длительной госпитализации.

В период с 2003 по 2020 г. на Тайване было зафиксировано 50 случаев ботулизма. Большинство пациентов — женщины (56 %) в возрасте 50 лет и старше, проживающие в Тайбэе и на севере Тайваня (44 %). С 2010 по 2020 г. наблюдалась тенденция к увеличению числа случаев среди людей моложе 20 лет, причем большинство пострадавших были мальчиками (66,7 %). Инфекции в основном возникали в весенние и летние месяцы (66,7 %).

Ботулизм, вызванный биотерроризмом, в настоящее время в мире не регистрируется. Эта форма ботулизма была зарегистрирована лишь однажды — у сотрудника лаборатории.

Смертность от ботулизма значительно снизилась за последние три десятилетия. До 1950-х гг. показатели смертности от пищевого ботулизма колебались от 60 % до 70 %. Общая смертность в период с 1975 по 2009 г. составила 3 %. В настоящее время риск летального исхода среди младенцев составляет менее 1 %, раневой ботулизм имеет уровень смертности около 10 %, а смертность от пищевого ботулизма составляет 3–5 %.

Раневой ботулизм чаще встречается у женщин. Пищевой ботулизм не имеет половой предрасположенности.

Патофизиология

Путь проникновения токсина в кровоток зависит от типа заражения.

При детском ботулизме особенности иммунной системы младенцев позволяют токсинпродуцирующим колониям клостридий размножаться в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) после проглатывания или в бронхиолах после вдыхания спор. Затем BoNT проникает через слизистый барьер — кишечный или легочный — в кровоток посредством трансцитоза. При пищевом ботулизме токсин из пищи аналогичным образом всасывается в ЖКТ.

Далее:

• Попав в кровоток, BoNT перемещается к пресинаптическим нервным окончаниям произвольных двигательных и вегетативных нервно-мышечных соединений и связывается с ними.
• Тяжелая цепь токсина способствует эндоцитозу, после чего легкая цепь расщепляется и высвобождается в цитозоль.
• Легкая цепь воздействует на серотип-специфические мишени — компоненты комплекса SNARE (синаптосомально-ассоциированный белок-25 (SNAP-25), везикулярно-ассоциированный мембранный белок или синтаксин). Эти белки необходимы для слияния содержащих ацетилхолин (ACh) везикул с пресинаптической мембраной. Слияние способствует экзоцитозу ACh в нервно-мышечных соединениях и деполяризации постсинаптической мембраны.
• Расщепляя эти комплексы слияния, BoNT блокирует пресинаптическое высвобождение ACh и ингибирует сокращение мышц, вызывая вялый паралич.
• BoNT не пересекает гематоэнцефалический барьер, вероятно, из-за своего большого размера, но необратимо связывается с нервным окончанием. Восстановление происходит только тогда, когда образуются новые нервные окончания. Этот процесс может занять от нескольких недель до нескольких месяцев.

Токсикокинетика

Инкубационный период (время от инфицирования до появления симптомов) зависит от дозы токсина и скорости его абсорбции. При раневом и детском ботулизме время появления симптомов определяется продолжительностью воздействия спор, временем, необходимым для их прорастания, и скоростью, с которой образующиеся колонии продуцируют достаточное количество BoNT для развития симптомов. Эти параметры значительно варьируют в зависимости от вида бактерий, серотипа токсина, а также возраста и иммунного статуса пациента.

Продолжительность симптомов определяется дозой токсина, скоростью его выведения и регенерацией расщепленных полипептидных компонентов комплекса SNARE. Меньшие дозы воздействуют на меньшее количество компонентов SNARE и выводятся быстрее. Выведение BoNT из крови усиливается путем введения серотип-специфических нейтрализующих антител (антитоксинов), что ограничивает общее число комплексов SNARE, затронутых токсином. Период полувыведения (t½) каждого серотипа токсина точно неизвестен. В рамках эксперимента период полувыведения вводимого парентерально BoNT/A в сыворотке крови мыши составил около 230 минут.

Регенерация полипептидов SNARE необходима для возобновления нормального высвобождения ACh и функции мышц и частично связана со специфическими полипептидными мишенями серотипов BoNT. Результаты недавнего исследования, сравнивающего активность BoNT/A с BoNT/В, показали значительно более длительное время регенерации SNAP-25 после воздействия BoNT/A. В отчетах о случаях детского ботулизма, вызванного различными видами Clostridium, производящими серотипы BoNT/Е и BoNT/F, описывается гораздо более быстрое начало и исчезновение симптомов по сравнению со случаями, вызванными BoNT/A, что еще раз подтверждает важность регенерации компонентов SNARE для длительности синдрома.

Клиническая картина

Неврологические симптомы ботулизма схожи независимо от пути заражения. Все типы токсинов вызывают сходный клинический синдром паралича черепных нервов, за которым следует нисходящий вялый паралич различной степени тяжести и распространенности. Механизм действия во всех случаях одинаков и связан с блокадой высвобождения ACh в нервно-мышечном соединении. Слабость нисходящего рефлекса обычно симметрична, без сенсорного дефицита. Поражаются сначала верхние, затем нижние конечности.

Пищевой ботулизм

Инкубационный период пищевого ботулизма чаще составляет 18–36 часов (диапазон от 12 до 72 часов), хотя были зарегистрированы случаи появления симптомов через 2 часа и через 8 дней. Основным признакам заболевания могут предшествовать продромальные симптомы: боли в животе, тошнота, рвота и диарея.

Пищевой ботулизм классически начинается с паралича черепных нервов («бульбарные симптомы»), который прогрессирует до симметричной нисходящей слабости туловища, конечностей и гладких мышц с последующим вялым параличом. Когнитивные функции и гемодинамика при этом не страдают.

Ранние симптомы включают:

• выраженную вялость;
• диплопию;
• птоз;
• офтальмопарез;
• дисфагию;
• дисфонию;
• дизартрию;
• снижение рвотного рефлекса.

Эти проявления отражают высокую восприимчивость пресинаптических окончаний черепных нервов к действию BoNT.

Фиксированные и расширенные зрачки (50 % случаев), приводящие к затуманенному зрению, могут быть результатом ингибирования высвобождения ACh из коротких ресничных нервов, иннервирующих сфинктерные мышцы радужной оболочки. Сухость во рту, снижение слезоотделения и потоотделения возникают из-за нарушения передачи ACh через вегетативную нервную систему.

У пациентов обычно отсутствуют сенсорные нарушения (за исключением затуманенного зрения), хотя иногда наблюдаются парестезии. Сухожильные рефлексы обычно сохранены, если слабость пораженных мышц не выражена. У некоторых пациентов описаны вариабельность частоты сердечных сокращений, интервала RR, отсутствие симпатической кожной реакции. Показатели ликвора и МРТ головного мозга остаются в норме.

Поражение диафрагмы приводит к ДН, часто требующей интубации и ИВЛ. Паралич гладких мышц вегетативной нервной системы вызывает ортостатическую гипотензию, запор (паралитический илеус) и задержку мочи.

Выздоровление обычно полное, но занимает недели или месяцы. У пациентов с гипоксическим повреждением головного мозга могут сформироваться неврологические дефициты.

Раневой ботулизм

Токсин вырабатывается in situ (в месте раны) и может всасываться через слизистые оболочки и поврежденную кожу. C. botulinum также был выделен из аспиратов околоносовых пазух у пациентов, употреблявших кокаин интраназально.

Инкубационный период в среднем составляет 7–14 дней (варьирует от 4 до 21 дня).

Симптомы неотличимы от пищевого ботулизма за исключением отсутствия желудочно-кишечных проявлений.

Раневой ботулизм следует заподозрить у пациентов с любыми травмами кожи, у которых развиваются нисходящий паралич и бульбарные симптомы.

Ятрогенный ботулизм

Ботулотоксин применяется в медицинской практике с 1980-х гг. и используется для лечения неврологических, гастроэнтерологических, урологических и дерматологических (в том числе косметологических) заболеваний. Ятрогенный ботулизм возникает в результате инъекции сверхтерапевтической дозы ботулотоксина.

Детский ботулизм

Наиболее распространенная форма ботулизма в США была впервые выявлена в 1976 г. у детей в возрасте 5–13 недель и получила название «синдром вялого младенца». Заболевание развивается в результате образования токсина in vivo при прорастании спор в толстой кишке.

Инкубационный период варьирует от нескольких дней до нескольких недель (чаще 2–4 недели). Пик заболеваемости приходится на возраст 2–4 месяца. Поскольку всасывание токсина у младенцев минимально, заболевание протекает менее тяжело, чем у взрослых, но иногда может прогрессировать до ДН.

Клинические проявления:

• запор;
• слабый плач;
• слабый сосательный рефлекс;
• вялость;
• гипотония мышц шеи и конечностей.

Заболевание прогрессирует в течение 1–2 недель. При поддерживающей терапии большинство младенцев выздоравливают в течение нескольких недель или месяцев без последствий.

Ботулизм вследствие кишечной колонизации у взрослых

В редких случаях у взрослых пациентов может развиться ботулизм младенческого типа вследствие продукции токсинов in vivo. Пациенты обычно страдают различными воспалительными заболеваниями кишечника или имеют анатомические особенности, вызванные хирургическими вмешательствами на ЖКТ. Дивертикул Меккеля был идентифицирован как фактор риска кишечной колонизации нейротоксигенным C. butyricum.

Ингаляционный ботулизм

Типичные симптомы развиваются через 12–72 часа после ингаляции. Симптоматических пациентов следует госпитализировать. Для удаления токсина необходимо снять одежду и принять душ с водой и мылом.

Осложнения ботулизма

К осложнениям ботулизма относятся:

• вторичные внутрибольничные инфекции, включая пневмонию;
• инфекции мочевыводящих путей, вызванные задержкой мочи;
• тромбофлебит и тромбоз глубоких вен после инъекции BoNT;
• пролежни, вызванные параличом и адинамией;
• нервно-мышечные изменения и мышечная атрофия;
• долгосрочное снижение качества жизни.

Выздоровление от ботулизма не обеспечивает долговременного иммунитета. В редких случаях сообщалось о втором эпизоде заболевания у того же пациента. Раневой ботулизм может рецидивировать у потребителей инъекционных наркотиков.

Диагностика ботулизма

Лабораторная и инструментальная диагностика

Для лабораторного подтверждения ботулизма необходимо выделение BoNT либо культивирование продуцирующих BoNT видов Clostridium (например, C. botulinum, C. baratii или C. butyricum) в образцах кала, желудочного аспирата, пищевых продуктов или отделяемого из раны.

У младенцев с ботулизмом часто наблюдаются запоры, что требует проведения клизмы для сбора образцов кала. Центры по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют использовать для клизмы стерильную воду. В идеале образцы следует собирать до начала лечения иммуноглобулином, однако лечение не следует откладывать ради результатов анализов. Образцы для анализа токсинов следует хранить в холодильнике (не замораживать). Окончательные результаты культивирования видов Clostridium могут быть получены через 2–3 недели. Выделение патогена из пищи без токсина недостаточно для постановки диагноза.

Визуализационные исследования, как правило, неэффективны при диагностике ботулизма.

Электрофизиологические исследования (электромиография и электронейромиография) могут подтвердить предварительный диагноз, но их результаты могут быть неспецифическими и неинформативными даже в тяжелых случаях.

Характерные электромиографические признаки при ботулизме:

• короткоходные низковольтные комбинированные мотор-блоки;
• малые амплитуды М-волны;
• чрезмерно многочисленные потенциалы действия.

Дифференциальная диагностика ботулизма

• Миастения гравис — зрачковые рефлексы сохранены; антитела к ACh-рецепторам положительные. ЭМГ — дискриминантный паттерн при повторяющейся стимуляции мышц.
• Семейная младенческая миастения гравис (у младенцев) — семейный анамнез лечения миастении.
• Синдром Гийена — Барре, синдром Миллера — Фишера — обычно восходящий паралич; глубокие сухожильные рефлексы отсутствуют; сенсорные нарушения; повышенный уровень белка в спинномозговой жидкости; офтальмоплегия с глазными и бульбарными нарушениями; положительные аутоантитела к GQ1b. ЭМГ — поражения периферических нервов.
• Спинальная мышечная атрофия (у младенцев) — проксимальная мышечная слабость, гипо- или арефлексия, фасцикуляции языка; молекулярно-генетическое исследование для целенаправленного анализа мутаций.
• Метаболические расстройства (у младенцев) — соответствующий скрининг (лейкодистрофия, дефект цикла мочевины, митохондриальные заболевания, глутаровая ацидурия I типа, дефицит карнитина, синдром Ли, врожденное нарушение гликозилирования, болезнь кленового сиропа, дефицит длинноцепочечной 3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы, дефицит сукцинат-полуальдегиддегидрогеназы, нарушение цикла мочевины). Дифдиагноз ботулизма у младенцев также может включать инфаркт головного мозга, острый диссеминированный энцефаломиелит, поперечный миелит, мальформацию Киари, спинномозговую эпидуральную гематому, немалиновую миопатию.
• Синдром миастении Ламберта — Итона — экстраокулярные мышцы и мышцы, поднимающие веко, поражаются в меньшей степени. Электродиагностические исследования — 100 % увеличение способности действия мышц после повторной стимуляции нерва; высокие титры антител к потенциально-зависимым кальциевым каналам P/Q-типа.

Лечение ботулизма

Высокая клиническая настороженность, своевременная диагностика и немедленное введение антитоксина имеют решающее значение, поскольку лабораторные данные не помогают в рутинной диагностике ботулизма.

Лечение ботулизма включает:

• введение антитоксина;
• госпитализацию;
• тщательное наблюдение в отделении интенсивной терапии с оценкой витальных функций;
• оценку перфузии;
• анализ газового состава артериальной крови;
• респираторную поддержку (при нарушении проходимости верхних дыхательных путей или снижении жизненной емкости легких менее 30 % от нормы);
• симптоматическую терапию.

Время до введения антитоксина существенно влияет на клиническое течение заболевания: более раннее введение (менее чем через 12 ч) сокращает продолжительность пребывания в отделении интенсивной терапии. Антитоксин не разрешает паралич, поскольку BoNT связывается необратимо, но помогает остановить прогрессирование заболевания.

В настоящее время доступны два варианта антитоксина:

• семивалентный лошадиный сывороточный антитоксин (одобрен для детей старше 1 года и взрослых);
• человеческий иммуноглобулин (показан младенцам младше 1 года).

Семивалентный лошадиный сывороточный антитоксин содержит антитела к серотипам BoNT/A–G. Нежелательные эффекты могут включать аритмию, повышение температуры тела и, в редких случаях, анафилактические реакции (< 1,5 %).

При раневом ботулизме после введения антитоксина показаны хирургическая обработка раны, антибактериальная терапия (польза дискутабельна; внутривенно 3 млн ЕД пенициллина G каждые 4 часа или метронидазола 500 мг каждые 8 часов при аллергии на пенициллин) и вакцинация против столбняка с учетом предшествующего вакцинального статуса.

Найдите больше научно обоснованных материалов в наших социальных сетях

Подпишитесь и не пропустите новейшие ресурсы

Профилактика ботулизма

Основной способ предотвращения ботулизма — соблюдение правил обращения с пищевыми продуктами. Правильная обработка консервированных и заготовленных в домашних условиях продуктов (включая минимальную температуру, давление и время приготовления в соответствии с рекомендациями производителя) уничтожает споры Clostridium и предотвращает воздействие токсина.

Кипячение домашних консервов в течение не менее 5 минут инактивирует уже образовавшиеся токсины и убивает бактерии, но не уничтожает споры. Регулирование стандартов качества пищевых продуктов необходимо для ограничения рисков на уровне населения.

Следует соблюдать гигиену рук (мыть руки с мылом перед приготовлением пищи) и избегать употребления продуктов из поврежденных или плохо хранившихся банок. Испорченные, просроченные продукты, а также любые банки с подозрением на повреждение следует выбрасывать.

Лучший способ профилактики детского ботулизма — избегать употребления меда у младенцев младше 12 месяцев.