SZ nr 86–87/2001z 8 listopada 2001 r.
Wąglik - aktualne zagrożenie
Jacek Mazurek
Wąglik od wieków powodował zachorowania zwierząt i rzadziej ludzi. Badania nad wykorzystaniem laseczki wąglika do celów ataku bioterrorystycznego rozpoczęły się około 80 lat temu. Podstawą, początkowych rozważań, a następnie badań nad możliwością zastosowania wąglika jako broni biologicznej, były właściwości przetrwalników wąglikowych, przebieg infekcji obserwowany po zakażeniu przez układ oddechowy (gwałtowny i kończący się najczęściej zejściem śmiertelnym), a także istnienie prostych metod uzyskiwania zarazków w drodze sztucznej hodowli. Możliwe jest, np. przy zastosowaniu aparatury do fermentacji piwa, wyprodukowanie w ciągu 96 godz. około 1 kg laseczek wąglika, uzyskanych wstępnie z próbki zainfekowanej żywności.
Użycie przetrwalników wąglika w formie rozpylonego aerozolu cechuje niezwykła skuteczność rażenia. Według ONZ, 1 kg zarodników wąglika wystarczy do wyeliminowania z życia wielkiej metropolii, jak np. Nowy Jork. Po uwolnieniu aerozol wąglika jest pozbawiony zapachu, niewidoczny i może zostać rozniesiony na odległość wielu kilometrów.
Obecnie wiadomo, że przynajmniej 17 krajów wdrożyło programy badawcze nad bronią biologiczną. Wielu naukowców uważa, że wyprodukowanie śmiertelnego aerozolu zawierającego przetrwalniki wąglika wymaga zaawansowanej biotechnologii. Doświadczenie wskazuje jednak, że odpowiednio finansowane grupy mogą wykorzystać wąglik jako broń biologiczną. Terrorystyczna grupa Aum Shinrikyo, odpowiedzialna za użycie sarinu w metrze w Tokio w 1995 r., rozpylała aerozol wąglika i jadu kiełbasianego co najmniej 8-krotnie. Z nieznanych przyczyn nie doszło do zachorowania ludzi.
Rys historyczny
Wąglik znany jest już od najdawniejszych czasów. Zachorowania ludzi i zwierząt występowały już w 1250 r. p.n.e. na terenach Egiptu i 1200 r. p.n.e. na terenach Azji Mniejszej. Opisy objawów zachorowania ludzi i zwierząt w dziełach Homera (ok. 1000 r. p.n.e.), Hipokratesa (ok. 400 r. p.n.e.), Varro (116-27 r. p.n.e.), Virgila (70-19 r. p.n.e.) i Galena (ok. 200 r. n.e.) dowodzą, że choroba znana była Grekom i Rzymianom. Pierwsze naukowe opisy zachorowań ludzi i zwierząt pochodzą z XVIII w. (Maret, 1752; Dym, 1769; Fournier, 1769; Chabert, 1780).
Pierwsze wzmianki o występowaniu wąglika w Polsce pochodzą z początku XVIII w. W latach 1922-1939 wąglik u zwierząt był w Polsce chorobą dosyć pospolitą. Liczba zachorowań sięgała około 20 tys. rocznie. W okresie powojennym największe nasilenie choroby u ludzi notowano w dawnych województwach rzeszowskim oraz lubelskim. Obecnie zachorowania u ludzi występują sporadycznie, w liczbie do 7 rocznie (w 2000 r. nie zanotowano przypadku zachorowania), zwykle w postaci zmian skórnych. Zachorowania te pozostają zazwyczaj w ścisłym związku z przypadkami zachorowań u zwierząt lub występują na terenach dotkniętych wąglikiem w przeszłości. Dzięki wieloletnim masowym szczepieniom bydła i owiec, wprowadzonym rygorystycznym przepisom sanitarno-weterynaryjnym i skutecznej terapii antybiotykowej, liczby zachorowań i zgonów u zwierząt uległy zmniejszeniu, a co za tym idzie – stopień narażenia ludzi został radykalnie zmniejszony.
Czynnik etiologiczny
Wąglik wywołuje Gram-dodatnia laseczka Bacillus anthracis. Szczególną właściwością zarazka jest wytwarzanie poza organizmem żywiciela, przy dostępie tlenu atmosferycznego i w temperaturze poniżej 42,5°C przetrwalników (zarodników, spor) (ryc. 1). Przetrwalniki kiełkują w sprzyjających warunkach, tj. w temperaturze 8-45°C, pH od 5 do 9, wysokiej wilgotności (95%) i obecności substancji odżywczych. Są one zasadniczą przyczyną nawracającego pojawiania się tej choroby. Związane jest to z trudnościami ze zniszczeniem zarazka w środowisku bytowania zwierząt wrażliwych i ludzi. W glebie przetrwalniki mogą zachować żywotność przez dziesiątki lat.
Ryc. 1. Formy przetrwalnikowe B. anthracis (na lewym zdjęciu widoczne formy wegetatywne)
Istnieje szereg czynników warunkujących chorobotwórczość laseczki wąglika. Wegetatywne postacie wytwarzają polipeptydową otoczkę warunkującą zjadliwość tej bakterii. Drugim czynnikiem jest kompleks synergistycznie działających toksycznych białek: antygen ochronny (PA – protective antigen), czynnik letalny (LF – lethal factor) i czynnik obrzęku (EF – oedema factor). Egzotoksyny te są odpowiedzialne za charakterystyczne zmiany i kliniczne objawy choroby.
Postacie wegetatywne laseczki wąglika są wrażliwe na szeroko stosowane środki dezynfekcyjne i ogrzewanie. Przetrwalniki mają natomiast dużą oporność na czynniki środowiskowe, a mianowicie: wysokie i niskie temperatury, zróżnicowane pH, wysychanie oraz różnorodne związki chemiczne (w tym środki dezynfekcyjne). Są ponadto oporne na promieniowanie jonizujące oraz inne niekorzystne czynniki fizyczne. Przetrwalniki wrażliwe są m.in. na 4% formaldehyd i 3% kwas nadoctowy. Czas działania preparatów na spory jest zróżnicowany, np. dla kwasu nadoctowego z nadtlenkiem wodoru (preparat NU-Cidex) wynosi on 10 min, ale użycie aldehydu glutarowego (np. Aldesan E + aktywator) wymaga dezynfekcji trwającej 10 godzin.
Epidemiologia
Najczęściej chorują na wąglik zwierzęta roślinożerne: bydło, owce, konie, kozy, wielbłądy oraz zwierzyna płowa, które są naturalnym rezerwuarem zarazka. Choroba może też występować u psów, kotów domowych i dzikich zwierząt mięsożernych. U zwierząt choroba występuje najczęściej w postaci posocznicy o różnie gwałtownym przebiegu – od postaci piorunującej do trwającej kilka dni. Śmiertelność jest bardzo wysoka i waha się w zależności od gatunku zwierzęcia od 75 do 100%. Obraz kliniczny wąglika u zwierząt jest na ogół niecharakterystyczny, a rozpoznanie stawia się w oparciu o wynik sekcji i badań dodatkowych. Należy jednak zaznaczyć, że przy podejrzeniu wąglika wskazane jest zaniechanie wykonywania sekcji zwłok.
Źródło zakażenia
Źródłem zakażenia są zwierzęta chore na wąglik oraz pochodzące od nich środki spożywcze i inne produkty: mięso, krew, skóra, wełna, włosie, kości, mączki mięsno-kostne. Źródłem zakażenia i jednocześnie rezerwuarem są przede wszystkim tereny grzebowisk zwierząt padłych na wąglik, niewłaściwie pogrzebanych. Mogą nim być również pastwiska zalewane w przeszłości wodą ściekową z garbarni oraz kał zwierząt mięsożernych żywiących się padliną.
Drogi szerzenia
Zwierzęta zakażają się na pastwiskach zarodnikami laseczki wąglika wypłukanymi z grzebowisk padłych zwierząt lub po skażeniu gleby i wód powierzchniowych kałem chorych zwierząt. Chore krowy na 1-2 dni przed śmiercią mogą wydalać laseczki wąglika. Z wydobywającymi się z naturalnych otworów ciała krwistymi wyciekami laseczki wydostają się do środowiska zewnętrznego, gdzie w kontakcie z powietrzem atmosferycznym szybko przekształcają się w formy przetrwalnikowe. Stwierdzono, że zarodniki mogą być wydalane z kałem przez dzikie zwierzęta mięsożerne oraz ptaki, przez 3 tygodnie po spożyciu przez nie zwłok zwierząt padłych na wąglik. Do zakażenia może dochodzić także w czasie pojenia zwierząt. Ma to szczególne znaczenie w okresie suszy, gdy osad z dna zbiorników wodnych miesza się z wodą.
Do zakażenia ludzi dochodzi w warunkach bezpośredniego kontaktu z chorymi zwierzętami, ich krwią, wydzielinami i wydalinami, po spożyciu skażonego mięsa lub wody, w warunkach przemysłowego przetwarzania skażonych surowców pochodzenia zwierzęcego. Możliwe jest zakażenie po ukłuciu przez owada mechanicznie przenoszącego przetrwalniki. Miały również miejsce zakażenia laboratoryjne. Zakażenie człowieka od człowieka jest niezmiernie rzadkie, prawdopodobnie z powodu koniecznej do tego wysokiej dawki. Bezpośredni kontakt z wydzieliną ze zmiany w wągliku skórnym może spowodować wtórne zachorowanie na skórną postać choroby. Nie są znane przypadki wtórnego zakażenia od chorego z płucną postacią wąglika.
Wrota zakażenia
U człowieka najczęstszymi wrotami wnikania zarazka jest uszkodzenie skóry. Możliwe jest zakażenie poprzez drogi oddechowe lub przewód pokarmowy.
Okres wylęgania
Okres wylęgania choroby waha się od 1 dnia do 8 tygodni (średnio 5 dni), w zależności od dawki i drogi narażenia. Postać płucna wąglika może się rozwinąć po 1-6 dniach (po okresie utajenia trwającym do 60 dni), postać jelitowa po 1-7 dniach, postać skórna po 1-7 dniach od momentu zakażenia.
Odporność populacji
Podatność na zakażenie ludzi i zwierząt jest powszechna. Człowiek jest mniej wrażliwy niż zwierzęta roślinożerne.
Występowanie
Enzootyczne obszary występowania wąglika u zwierząt – tereny wysokiego ryzyka – to Afryka, Ameryka środkowa, Meksyk, południowa oraz wschodnia Europa, Azja, Bliski Wschód oraz niektóre obszary Australii. Sporadyczne przypadki zachorowań notuje się nieomal wszędzie. Wąglik bywa powodem nagłego padnięcia bydła, owiec, kóz, koni oraz niekiedy świń. Na świecie notuje się średnio rocznie kilka tysięcy przypadków tej choroby.
Ryc. 2. Występowanie wąglika zwierząt na świecie. hiperendemiczne/enzootyczne – znacząca liczba zachorowań ludzi lub >99/106 zachorowań zwierząt; enzootyczne – brak dowodów na występowanie epizoocji, przyjmuje się
Objawy kliniczne wąglika u ludzi
U ludzi zakażenie wąglikiem przebiega w postaci skórnej (95% przypadków), płucnej lub jelitowej. Wrota zakażenia stanowi uszkodzona skóra (otarcia, zadrapania, małe rany). O wiele rzadziej zakażenie następuje poprzez drogi oddechowe lub przewód pokarmowy.
Skórną postać wąglika, tak zwaną czarną krostę (pustula maligna, krosta złośliwa) można rozpoznać już na podstawie obserwacji klinicznej (ryc. 3 i ryc. 4). Zmiany umiejscowione są na rękach, głównie na nadgarstkach (60%) oraz głowie i karku (30%), rzadziej na tułowiu i nogach. W wyjątkowych przypadkach mogą one wystąpić na języku i migdałkach. Po 3-5 dniach wylęgania (zakres 2-12 dni) na zaczerwienionej skórze pojawia się mały czerwony pęcherzyk o średnicy 1-3 mm. Po kolejnych 2-3 dniach środek wykwitu staje się intensywnie zabarwiony, szybko się powiększa i czernieje. Dookoła krosty formuje się obrzęk twardy, niezbyt bolesny, ale wrażliwy na dotyk. Bolesność i ropienie mogą pojawić się w wyniku wtórnej infekcji. Wielkość zmiany waha się w granicach od ok. 2 cm do kilku cm i zawsze towarzyszy jej obrzęk. W tym okresie występują objawy ogólne, jak gorączka i osłabienie, których nasilenie jest związane z wielkością zmiany pierwotnej na skórze. Zakażenie może się szerzyć wstępująco poprzez naczynia limfatyczne i krwionośne, dając niekiedy posocznicę, która często kończy się zejściem śmiertelnym. Większą trudność może przedstawiać rozpoznanie wąglikowego obrzęku złośliwego lub poronnej postaci skórnej. Proces naturalnego gojenia się zmian po oddzieleniu strupa może trwać od 2 do 6 tygodni. Terapia antybiotykowa, jak się wydaje nie ma wpływu na przebieg zakażenia, ale zmniejsza możliwość wystąpienia posocznicy. Śmiertelność u osób nie leczonych wynosi ok. 20%, u osób poddanych antybiotykoterapii zgony z powodu skórnej postaci wąglika są rzadkie (kilka procent).
Ryc. 3. Postać skórna wąglika. Po lewej – 1 dzień choroby, widoczny pęcherzyk. Po prawej – 2-3 dzień choroby, środek wykwitu jest intensywnie zabarwiony i ulega owrzodzeniu
Ryc. 4. Skórna postać wąglika – czarna krosta (pustula maligna), zmiana na palcu
Do płucnej postaci wąglika dochodzi w następstwie inhalacji znacznej dawki zarazka, prawdopodobnie rzędu 8-10 tys. przetrwalników. Przyjmuje się, że LD50 dla ludzi wynosi od 2,5 do 55 tys. Objawy kliniczne pojawiają się w dwóch fazach. Początkowo choroba objawia się jako ostre zakażenie dróg oddechowych – gorączka, kaszel, duszność, bóle głowy, wymioty, dreszcze, osłabienie, bóle brzucha, bóle w klatce piersiowej – trwające 2-4 dni. Po tym okresie u części chorych może wystąpić przejściowa poprawa. W drugim okresie pojawia się znów gorączka, duszność, obfite pocenie się i wstrząs. Masywna limfadenopatia u niektórych chorych prowadzi do wystąpienia świstu krtaniowego (stridor). Zdjęcie rentgenowskie płuc wykonane w tym okresie wykazuje poszerzenie śródpiersia. Szybko rozwijają się objawy ostrej niewydolności oddechowej i krążeniowej prowadzące z reguły do zejścia śmiertelnego w ciągu doby. Badania osób, które zmarły w następstwie inhalacji wąglika, wykazały krwotoczne zapalenie węzłów klatki piersiowej i śródpiersia. U około połowy pacjentów widoczne były również objawy krwotocznego zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych.
Śmiertelność w płucnej postaci wąglika u osób narażonych zawodowo (tzw. wąglik przemysłowy osób sortujących wełnę i skóry) wynosi 89%, ale większość danych odnosi się do zachorowań, które pojawiły się przed rozwojem nowoczesnej intensywnej terapii i wiedzy o antybiotykach. Wydaje się, że obecnie śmiertelność jest mniejsza. W badaniach na zwierzętach opisano patofizjologiczne zmiany w następstwie zakażenia wąglikiem. Obejmowały one hipokalcemię, hipoglikemię, hiperkaliemię, porażenie ośrodka oddechowego, niedociśnienie, niedotlenienie tkanek, alkalozę oddechową i końcową kwasicę. Badania te sugerują, że wdrożenie intensywnej antybiotykoterapii i prowadzenie terapii objawowej może poprawić rokowanie.
Postać żołądkowo-jelitowa wąglika występuje jedynie sporadycznie, po spożyciu potraw, głównie mięsa zanieczyszczonego przetrwalnikami. Do rozwoju zarodników może dojść w górnym lub dolnym odcinku przewodu pokarmowego. W wyniku rozwoju zmiany w jamie ustnej lub przełyku dochodzi do powiększenia okolicznych węzłów chłonnych, obrzęku i posocznicy. Rozwój zmiany w końcowym odcinku jelita cienkiego lub kątnicy objawiać się będzie początkowo nudnościami, wymiotami i złym samopoczuciem, a następnie bólami brzucha, krwawą biegunką i posocznicą. W niektórych przypadkach rozwija się wodobrzusze. W masywnym zakażeniu choroba może przebiegać podobnie jak w postaci płucnej wąglika (posocznica). Z powodu trudności w rozpoznaniu śmiertelność w postaci żołądkowo-jelitowej jest wysoka. Należy podkreślić, że w każdej z opisywanych klinicznych postaci wąglika może wystąpić zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych ze śmiertelnością sięgającą 100%.
Możliwości diagnostyczne
Obraz kliniczny i przebieg choroby, szczególnie wystąpienie czarnej krosty, w powiązaniu z wywiadem dotyczącym zawodu pacjenta pozwalają na podejrzenie lub rozpoznanie skórnej postaci wąglika. Inne postacie są trudne do rozpoznania na podstawie obserwacji klinicznej. Poszerzenie śródpiersia w obrazie rentgenowskim klatki piersiowej u pacjenta z objawami narastającej niewydolności oddechowej w przebiegu infekcji górnych dróg oddechowych jest objawem charakterystycznym w postaci płucnej wąglika.
Laboratoryjnie możliwe jest potwierdzenie zakażenia na podstawie bezpośredniego preparatu z krwi lub zmian miejscowych, barwionego metodą Grama i na obecność otoczek. Można również izolować bakterie z posiewu krwi, płynu mózgowo-rdzeniowego, płynu surowiczego, ropy, plwociny na agarze z krwią i wybiórczym podłożu PLET (płynnym i stałym). Identyfikacji dokonuje się na podstawie właściwości hodowlanych i testów biochemicznych. Testem potwierdzającym chorobotwórczość izolowanego szczepu bakteryjnego bądź umożliwiającym wykrycie zarazka przy jego niewielkiej ilości w próbce materiału lub po wdrożeniu antybiotykoterapii jest próba biologiczna na śwince morskiej lub białych myszach. W diagnostyce retrospektywnej wykorzystuje się test ELISA do oceny dynamiki surowiczych przeciwciał dla ochronnego antygenu (PA) B. anthracis. W celu identyfikacji plazmidów pXO1 i pXO2 w wysoce specjalistycznych laboratoriach wykrywa się specyficzny DNA bakterii metodą PCR. Badania laboratoryjne podejrzanego materiału prowadzi Zakład Bakteriologii Państwowego Zakładu Higieny i niektóre wojewódzkie stacje sanitarno-epidemiologiczne. Referencyjne laboratorium prowadzące diagnostykę wąglika znajduje się w Wojskowym Instytucie Higieny i Epidemiologii – Ośrodek Badań Weterynaryjnych w Puławach, gdzie można uzyskać informację o pobieraniu i przesyłaniu próbek materiału do badań.
| (wg Arciucha) | |||
|---|---|---|---|
| Postać choroby | Dodatkowe okoliczności | Rodzaj pobieranego materiału | Czas i warunki transportu |
| Postać skórna | etap pęcherzyka | pobrać płyn z nienaruszonego pęcherzyka na jałową wymazówkę (kiedyś zalecano wchłonięcie płynu pęcherzykowego w kostkę cukru) | w temp. pokojowej do 24 godz. |
| etap strupa | wprowadzić wymazówkę pod zewnętrzną krawędź strupa i obracając pobrać materiał ze zmiany | w temp. pokojowej do 24 godz. | |
| Postać żołądkowo-jelitowa | kał | pobrać 5-10 g do czystego, sterylnego, zabezpieczonego przed wyciekiem naczynia | w temp. 4°C do 24 godz. |
| krew | pobrać krew zgodnie z przyjętą procedurą w celu rutynowej hodowli materiału z krwi | czas transportu zależny od instrumentarium | |
| Postać płucna | plwocina | pobrać wykrztuszoną próbkę do jałowego, szczelnego pojemnika | w temp. 4°C do 24 godz. |
| krew | pobrać krew zgodnie z przyjętą procedurą w celu rutynowej hodowli materiału z krwi | czas transportu zależny od instrumentarium | |
W diagnostyce różnicowej skórnej postaci wąglika należy uwzględnić czyraczność, różycę, różę, pierwotną zmianę kiłową, dżumę, nosaciznę, ospę bydlęcą, ospę owczą (niesztowicę wirusową) i półpasiec; w postaci płucnej – ostre objawy oddechowe na innym tle, jak np.: błonicę, objawy infekcji wirusem Hanta, grypę, mykoplazmozę, legionellozę, krztusiec, dżumę płucną, także gwałtownie rozwijający się guz w okolicu śródpiersia, pęknięcie tętniaka aorty; w postaci jelitowej – ostry przebieg choroby wrzodowej, dur brzuszny.
Zapobieganie i leczenie
Zapobieganie chorobie polega na uniemożliwieniu rozsiewu przetrwalników przez zniszczenie zwłok padłych na wąglik zwierząt – spalenie lub zakopanie w wyznaczonych do tego miejscach (grzebowiskach) na głębokości poniżej 2 m i zalanie wapnem chlorowanym. Ponadto prowadzi się szczepienie zdrowych zwierząt, które miały kontakt z chorymi. Takimi zwierzętami nie należy handlować. Ważne jest również prowadzenie sterylizacji termicznej mączek kostnych używanych jako dodatek do pasz i nawozów. Przy podejrzeniu wąglika nie należy przeprowadzać sekcji, tylko w sposób zapewniający jałowość pobrać próbkę krwi na posiew. W przypadku gdy sekcja została przeprowadzona wszelkie materiały i instrumenty należy spalić, autoklawować lub poddać 24-godzinnej fumigacji parami formaliny w temp. powyżej 15°C. W podobny sposób postępuje się ze skażoną odzieżą, wełną, sierścią itp.
Człowiek chory na wąglik powinien być izolowany, a wszelkie jego odchody i wydzieliny oraz zużyte opatrunki należy niszczyć termicznie (spalać) lub odkażać 4% formaldehydem (10% formalina) przez co najmniej 12 godzin, pod warunkiem uzyskania pełnej penetracji środka dezynfekcyjnego do materiału. Zwłoki zmarłego należy poddać kremacji lub umieścić w szczelnym worku, włożyć do hermetycznie zamykanej trumny i pochować bez otwierania. Zanieczyszczony materiał (materace, pościel i inne) należy umieścić w workach i spalić lub sterylizować w autoklawie bądź poddać 24-godzinnej fumigacji parami formaliny w temp. powyżej 15°C. Postępowanie to zapewni przecięcie dróg szerzenia zakażenia.
Osoby eksponowane na przetrwalniki mogą nagle zachorować, nawet do 8 tygodni po ekspozycji. Można temu zapobiegać przez podawanie antybiotyków, codziennie przez około 60 dni. Badania prowadzone na małpach wykazują, że ochrona przed zachorowaniem po podaniu ciprofloksacyny i doksycykliny sięga 90%. Okres podawania antybiotyków może być skrócony przez podanie szczepionki. Prace doświadczalne sugerują, że 2 dawki bezkomórkowej szczepionki, podane co 15 dni, mogą stworzyć ochronę rozpoczynającą się po 30 dniach od pierwszego zastrzyku. Jednak szansa pozyskania szczepionki od producentów jest nieduża.