第二章寄生虫生物学与寄生虫病bqjm.docx
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1、第二章寄寄生虫生生物学与与寄生虫虫病第一节 寄生关系系及演化化一、 演化中的的寄生现现象生物界中中,各种种生物千千差万别别,为了了寻求食食物或逃逃避敌害害,它们们之间形形成各种种错综复复杂的关关系。任任何生物物,只要要在它们们生命中中的一段段时间或或终生,与与另一种种生物之之间存在在着密切切关系,就就被称为为共生(symbiosis)。根据生物与生物间利害关系的不同,共生可分为3种类型:共栖(commensalism)、互利共生(mutualism)和寄生(parasitism),就医学而言,最重要的是研究寄生关系。 共栖栖 指指两种在在一起密密切生活活的生物物,一方方受益,而而另一方方不受益
2、益,也不不受害,它它们之间间并没有有生理的的互相依依赖,例例如海葵葵(seea aanemmonees)与与寄生蟹蟹(heermiit ccrabbs)。海海葵附在在寄生蟹蟹的壳上上,随寄寄生蟹的的移行而而增加寻寻找食物物机会,而而寄生蟹蟹既无利利也无害害。又如如人体与与结肠阿阿米巴,结结肠阿米米巴在人人结肠中中以细菌菌为食物物,但不不侵犯组组织,对对人没有有利害可可言。 互利利共生 在这这种关系系中双方方均获得得益处并并互相依依赖。例例如白蚁蚁(teermiite)及及寄生于于其消化化道中的的鞭毛虫虫(fllageellaatedd prrotoozoooms)。鞭鞭毛虫依依靠白蚁蚁消化道道
3、中的木木屑作为为食物获获得所需需的营养养,而鞭鞭毛虫合合成和分分泌的酶酶能将纤纤维素分分解成能能被白蚁蚁利用的的复合物物。白蚁蚁为鞭毛毛虫提供供食物和和庇护所所,鞭毛毛虫为白白蚁提供供了必须须的、自自身不能能合成的的酶。两两者均得得益,互互相依赖赖。 寄生生一方受受益,一一方受到到损害者者则称为为寄生。例例如寄生生于人、动动物、植植物的病病毒、立立克次体体、细菌菌、真菌菌、寄生生虫等。通通常受益益的一方方称寄生生物(pparaasitte),受受害的被被寄生一一方称宿宿主(hhostt);寄寄生物为为动物者者称寄生生虫。在在寄生关关系中宿宿主提供供寄生物物所需营营养物质质,以及及暂时或或永久的
4、的居住场场所。图2-1 共栖、共生、寄生关系示意图生物之间间的关系系多样而而复杂,上上述的33种关系系,并不不是截然然分开的的,如图图2-11所示,可可具有“重叠”部分,该该部分可可能反映映演化过过程中暂暂时过渡渡阶段,如如齿龈内内阿米巴巴(Enntammoebba gginggivaaliss)现在在可以认认为是共共栖,但但将来可可能演化化成为“完全”的寄生生。从寄寄生也可可演化为为互利共共生,如如白蚁与与其消化化道中的的鞭毛虫虫。开始始时鞭毛毛虫与白白蚁是寄寄生关系系,鞭毛毛虫对白白蚁影响响不大,有有可能只只给白蚁蚁一些非非必需的的代谢产产物,如如消化纤纤维素的的酶等。随随着时间间的推移移
5、,白蚁蚁失去了了分泌消消化纤维维素酶等等物质的的功能,完完全依赖赖鞭毛虫虫,于是是寄生关关系渐变变为互利利共生。二、寄生生虫的演演化 寄生虫虫是怎样样演变成成的,这这是一个个有趣而而难有答答案的问问题,大大多数的的学者认认为:寄寄生虫是是从早期期生物史史中的自自由生活活生物进进化来的的。可以以假设,一一个生物物开始时时只是偶偶然与另另一个生生物相遇遇,接着着,由于于两个生生物长时时间在一一起,其其中有一一个产生生了对另另一个的的依赖,随随着时间间推移,依依赖性越越来越大大,以致致于离开开对方便便很难生生存,为为适应这这种生活活,生物物体发生生了某些些调整,称称为前适适应(ppreaadappt
6、attionn)。它它是从自自由生活活向寄生生生活方方式转变变的必要要的调整整,可以以是生理理上的也也可以是是发育或或形态结结构上的的改变。以以生理调调整为例例,开始始时可能能只是增增加对宿宿主酶活活性的抗抗性,减减少被宿宿主消灭灭的机会会,接着着出现生生理适应应性。例例如消化化道寄生生虫,它它们原先先可能也也是营自自由生活活生物,偶偶然被吞吞食,绝绝大多数数都被消消灭,只只有极少少数具有有前适应应者能经经得住消消化酶的的破坏作作用并适适应消化化道的环环境,生生存下来来,也就就是说寄寄生关系系初步建建立。反反过来,新新的寄生生环境引引起寄生生虫发生生更深刻刻变化。这这些变化化概括起起来有44个
7、方面面: 形态态改变 由于于大多数数寄生虫虫生活在在营养丰丰富的环环境中,能能轻而易易举获得得营养及及消化酶酶,本身身的消化化系统发发生退化化,甚至至消失,如如绦虫无无消化道道。而另另外一些些器官组组织相应应得到加加强,如如线虫表表皮层角角化以抵抵抗消化化酶的作作用;为为避免因因肠蠕动动而被排排出,某某些寄生生虫特化化了的器器官,如如吸盘、钩钩齿等增增加了吸吸附力量量;又如如腔道内内寄生的的蠕虫,其其虫体形形状也变变成线条条形,以以减少阻阻力。 生理理与代谢谢方式改改变 最显显著的适适应性的的改变是是肠道寄寄生虫失失去在自自由生活活模式中中常见的的有氧代代谢。在在肠道中中氧压近近于零情情况下,
8、曾曾是自由由生活阶阶段能量量主要来来源的三三羧酸循循环因缺缺氧而难难于进行行,改由由糖酵解解提供能能量。 侵入入机制得得到加强强 为为增加进进入宿主主及组织织的机会会,侵入入机制得得到专化化与加强强,例如如痢疾阿阿米巴(Entamoeba histolytica)具有穿透肠粘膜的蛋白质水解酶,而在共栖型的结肠阿米巴却没有发现这些酶。血吸虫尾蚴能穿过皮肤也是需要借助前端的穿刺腺分泌某些水解酶。这些溶解酶与小钩,都是由于营寄生生活而产生或得到加强。繁殖能能力加强强 表表现在生生殖系统统的发达达及繁殖殖方式多多样化。寄寄生虫的的生殖系系统发达达,如绦绦虫每一一节片都都有雌雄雄生殖系系统,成成熟的节节
9、片几乎乎充满生生殖系统统。蛔虫虫的产卵卵量很大大,每条条雌虫每每天约产产卵200万个。有有些寄生生虫,如如吸虫不不仅有有有性生殖殖,而且且有无性性生殖,这这种需要要有性生生殖与无无性生殖殖交替进进行才能能完成生生活史的的现象称称世代交交替(aalteernaatioon oof ggeneerattionns)。不不管是有有性生殖殖或无性性生殖都都能使寄寄生虫个个体数量量增加、种种群扩大大。繁殖殖能力增增强及繁繁殖方式式多样化化表明寄寄生虫对对其复杂杂生活史史及其生生活环境境多样性性的一种种适应性性。寄生现象象深化与与寄生虫虫本身的的形态、生生理等各各种改变变互为因因果,开开始时的的偶然寄寄生
10、虫、兼兼性寄生生虫、终终于演化化为长期期寄生虫虫、专性性寄生虫虫。第二节 寄寄生虫生生物学一、 寄生虫生生活史、寄寄生虫与与宿主类类别寄生虫虫生活史史 与形态态、生理理、生化化、代谢谢等发生生变化同同时,寄寄生虫生生活史(life cycle),也即完成一代的生长、发育与繁殖的整个过程,也逐渐发生变化,例如血居鞭毛虫(blood-inhabiting flagellate)开始时寄生在昆虫的消化道中,当昆虫取食时将寄生虫传给脊椎动物宿主,之后,鞭毛虫逐渐适应了新的环境。现在的中间宿主可能曾经是原先终宿主,而该种寄生虫则必须从一种宿主到另一种宿主才能完成生活史。寄生虫对对中间宿宿主数量量的要求求
11、可以用用“钟形”曲线来来说明,如如图2-2,寄寄生虫在在演化过过程中所所需要的的中间宿宿主有一一个“临界点点”。在这这个“临界点点”之前,中中间宿主主增加能能明显增增加寄生生虫适应应性,过过了“临界点点”某些宿宿主的消消失代表表更为成成功的状状态,因因为中间间宿主种种类减少少,从而而简化的的生活史史可能增增加了寄寄生虫到到达终宿宿主的机机遇。图2-2 寄生虫在进化过程中所需宿主数量寄生虫生生活史具具有多样样性,依依据是否否需要中中间宿主主,可大大致分为为两种类类型:以以蠕虫为为例,不不需要中中间宿主主,虫卵卵或幼虫虫在外界界发育到到感染期期后直接接感染人人,称直直接型,如如蛔虫、钩钩虫等;需要
12、中中间宿主主,幼虫虫在其体体内发育育到感染染期后经经中间宿宿主才能能感染人人,称间间接型,如如丝虫、血血吸虫等等。在流流行病学学上,又又将具有有直接型型生活史史的蠕虫虫称为土土源性蠕蠕虫;将将间接型型生活史史的蠕虫虫称为生生物源性性蠕虫。寄生虫虫与宿主主类别 寄生虫虫与宿主主在漫长长的过程程中,因因演化阶阶段不同同,寄生生虫生长长发育过过程、宿宿主种类类、寄生生部位、寄寄生虫对对宿主损损害程度度也不相相同。依依据寄生生部位将将生活于于宿主体体表和体体内的寄寄生虫分分别称为为体外寄寄生虫(ectoparasite)和体内寄生虫(endoparasite)。生活史中有一个阶段或整个生活史期过寄生生
13、活的称为专性寄生虫(obligatory parasite),如钩虫(hook worm)。可以过自由生活,但如有机会侵入宿主体内也可过寄生生活者称兼性寄生虫(facultative parasite)。在本质上,这些兼性寄生虫是自由生活的动物,如福氏耐格里阿米巴(Naegleria fowleri)和粪类圆线虫(Strongyloides stercocalis)。因偶然机会侵入非正常宿主体内寄生的寄生虫称偶然寄生虫(accidental parasite),如某些蝇蛆进入消化道内寄生。成虫必须过寄生生活者称长期寄生虫(permanet parasite),如蛔虫(Ascaris lumbr
14、icoides)。只在取食时侵袭宿主,取食后即离去者称暂时性寄生虫(temporary parasite),如蚊、蚤等。在宿主免疫功能正常时在宿主体内处于隐性感染状态,当宿主功能受累时,出现异常繁殖,致病力增强的寄生虫称机会致病寄生虫(opportunistic parasite),如刚地弓形虫(Taxoplasma gondii)、卡氏肺孢子虫(Pneumocystis carinii)、微小隐孢子虫(Cryptosporidium garavum)等。在寄生虫虫生活史史过程中中,有的的只需一一个宿主主,有的的则需两两个或两两个以上上宿主。成成虫或有有性生殖殖阶段所所寄生的的宿主称称终宿主主
15、(deefinnitiive hosst)。幼幼虫或无无性生殖殖阶段所所寄生的的宿主称称中间宿宿主(iinteermeediaate hosst)。如如需两个个以上中中间宿主主,则依依顺序称称第一、第第二中间间宿主。有有些寄生生虫既可可寄生于于人也可可寄生于于脊椎动动物,脊脊椎动物物体内的的寄生虫虫在一定定条件下下可传给给人,从从流行病病学角度度来看,这这些动物物称储蓄蓄宿主(也也称储存存宿主、保保虫宿主主,reeserrvoiir hhostt)。有有些寄生生虫幼虫虫侵入非非适宜宿宿主,不不能继续续发育,但但可长期期处于幼幼虫状态态,当有有机会进进入正常常宿主体体内,便便可发育育为成虫虫,这
16、种种非适宜宜宿主称称为转续续宿主(paratenic host或transport host)。二、 寄寄生虫的的分类与其他生生物分类类目的一一样,寄寄生虫的的分类是是为了认认识虫种种,了解解各虫种种、各类类群之间间的亲缘缘关系,寻寻找演化化线索,了了解寄生生虫与宿宿主之间间的关系系,特别别是与人人之间的的关系。寄生虫的的数量巨巨大,存存在的空空间跨度度也很大大,个体体变异、种种群差别别也较大大,但在在同一群群体内,其其基本特特征,特特别是形形态特征征是相似似的,这这是目前前寄生虫虫分类的的重要依依据。进进化则是是寄生虫虫分类基基础。按照动物物分类系系统,人人体寄生生虫分隶隶于动物物界(KKi
17、nggdomm Annimaal)无无脊椎动动物的77个门:扁形动动物门(Phylum platyhelmonthes)、线形动物门(Phylum Nemathelminthes)、棘头动物门(Phylum Acanthocephala)、节肢动物门(Phylum Arthopoda)及单细胞的原生动物亚界(Subkingdom Protozoa)中的肉足鞭毛门(Phylum Sacomastigophora)、顶复门(Phylum Api-complexa)和纤毛门(Phylum Ciliophora)。习惯上将扁形动物与线形动物合称为蠕虫。门下的阶元是纲、目、科、属、种。亚门、亚纲、亚科及
18、总纲、总目、总科是中间阶元。在有些种,种下还有亚种、变种、株等存在。种下分类的根据是种内的空间关系,是种内群与群间又连续又间断的空间发展所呈现的地理分化。种上分类的根据是种间的历史关系,是种与种间又连续又间断的历史发展中所呈现的系谱分支或系谱分段。种下分类强调空间关系,种上分类强调时间关系。根据国际际动物命命名法,寄寄生虫也也采用二二名制(binominal system)学名(scientific name)采用拉丁文或拉丁化文字,属名(genus name)在前,种名(speies name)在后,有的种名之后还有亚种名(subspecies name),种名或亚种名之后是命名者姓名与命名
19、年份。如斯氏狸殖吸虫Pagumogonimus skrjabini(Chen,1959)Chen,1963表示Chen 1959 年命名该虫,Chen在1963年又再次将其命名。第三节 寄生生虫的营营养与代代谢 一、 寄生虫的的营养寄生虫因因其种类类及生活活史期不不同,所所需营养养物质种种类与数数量、营营养方式式与来源源也有差差异。寄寄生虫所所需营养养物质有有碳水化化合物、蛋蛋白质、脂脂肪、维维生素。此此外还需需维持生生命所必必需的水水、无机机盐。合合成蛋白白质所需需的氨基基酸来源源于分解解食物或或分解宿宿主组织织,也可可直接摄摄取宿主主游离氨氨基酸。合合成核酸酸的碱基基,嘌呤呤要从宿宿主获取
20、取,嘧啶啶则可能能由自身身合成。脂脂类主要要来源于于宿主,寄寄生虫可可能只有有加长脂脂肪链的的功能。在在某些寄寄生虫因因缺乏某某些消化化酶,因因此还必必须从宿宿主消化化道中获获取。各类寄生生虫的营营养吸收收途径大大不相同同,对于于有消化化道的寄寄生虫,如如吸虫、线线虫,消消化道是是吸收营营养物质质主要场场所,吸吸虫还能能从体表表吸收低低分子量量物质。没没有消化化道的绦绦虫,营营养物质质的吸收收要靠具具有微毛毛(miicroothrrix)的的皮层(teggumeent)。有胞胞口(ccytoostoome)与胞咽咽(cyytoppharrynxx)的原原虫,如如结肠小小袋纤毛毛虫(Ballan
21、ttidiium colli) ,从从胞口摄摄取营养养。有伪伪足(ppseuudoppod)的原虫虫,如阿阿米巴,可可吞食营营养物质质形成食食物泡(foood vvacuuolee)进行行体内消消化与吸吸收。寄生虫的的细胞质质膜不仅仅保持了了细胞完完整性,而而且,在在营养吸吸收过程程中起着着关键作作用。所所有营养养物质吸吸收都要要通过质质膜进行行,质膜膜对可溶溶性和非非可溶性性分子的的通入和和流量进进行了调调节,起起着选择择性屏障障作用。虽然有氧氧代谢不不是寄生生虫主要要能量来来源,但但氧在一一些物质质的合成成,如卵卵壳合成成中起着着重要作作用。寄寄生虫对对氧的吸吸收,主主要依靠靠扩散。溶溶解
22、于虫虫体皮层层周围和和虫体消消化道内内壁的氧氧或其他他与氧接接触部位位进入虫虫体。进进入虫体体内的氧氧靠体液液扩散,有有的寄生生虫可借借助血红红蛋白、铁铁卟啉等等化合物物将氧扩扩散到虫虫体各部部分。二氧化碳碳对寄生生虫起着着重要作作用,如如线虫虫虫卵激活活、吸虫虫囊蚴脱脱囊、线线虫卵和和幼虫的的孵化和和脱鞘等等都需有有二氧化化碳参与与。二、 寄生虫的的代谢 寄生虫虫的代谢谢主要有有能量代代谢和合合成代谢谢两类。大大多数寄寄生虫的的能量来来源基本本上从糖糖酵解中中获得,尤尤其是从从以乳酸酸作为唯唯一产物物的同乳乳酸酵解解(即纯纯乳酸酵酵解,hhomoolaccticc feermeentaati
23、oon)中中获得,如如血液和和组织寄寄生虫。部部分能量量则从固固定二氧氧化碳(carbon dioxide fixation)中获得,如肠道寄生虫。肠道寄生虫,所处的环境条件特征是二氧化碳张力高。目前,已发现部分寄生虫能通过某些代谢途径来固定CO2用于生物合成与重要功能有关的物质,也参与能量生成。在寄生虫中已发现两种能固定CO2的酶参与能量代谢,它们是“苹果酸酶(malic acid,ME)和磷酸烯醇丙酮酸激酶(phosphoenolpyruvatecarboxykinase , PEPCK)。当糖降解到磷酸烯醇丙酮酸时,在PEPCK作用下将CO2固定下来,生成草酰乙酸,草酰乙酸还原为苹果酸,
24、苹果酸进入线粒体产生歧化,一部分转化为延胡索酸,另一部分在ME作用下,将CO2固定并转化为丙酮酸。在同乳酸发酵中,氧化1克分子葡萄糖产生2克分子ATP。在固定CO2反应中,可多产生1克分子ATP。如果丙酮酸及延胡索酸再进一步反应生成终产物,可再获2克分子的ATP。尽管在一一些寄生生虫可能能存在某某些有氧氧代谢的的酶,甚甚至存在在有氧代代谢,但但有氧代代谢所产产生的能能量并不不起着重重要作用用,它可可能是寄寄生虫先先前自由由生活的的残留迹迹象。当当然,还还有少数数一些寄寄生虫,例例如某些些线虫其其能量主主要来源源是糖的的有氧代代谢。寄生虫的的物质代代谢在两两个不同同水平上上进行调调节:在在细胞水
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