第二章寄生虫生物学与寄生虫病

第二章寄生虫生物学与寄生虫病第一节寄生关系及演化一、演化中的寄生现象生物界中，各种生物千差万别，为了寻求食物或逃避敌害，它们之间形成各种错综复杂的关系。任何生物，只要在它们生命中的一段时间或终生，与另一种生物之间存在着密切关系，就被称为共生（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。⒈共栖指两种在一起密切生活的生物，一方受益，而另一方不受益，也不受害，它们之间并没有生理的互相依赖，例如海葵（seaanemones）与寄生蟹（hermitcrabs）。海葵附在寄生蟹的壳上，随寄生蟹的移行而增加寻找食物机会，而寄生蟹既无利也无害。又如人体与结肠阿米巴，结肠阿米巴在人结肠中以细菌为食物，但不侵犯组织，对人没有利害可言。⒉互利共生在这种关系中双方均获得益处并互相依赖。例如白蚁（termite）及寄生于其消化道中的鞭毛虫（flagellatedprotozooms）。鞭毛虫依靠白蚁消化道中的木屑作为食物获得所需的营养，而鞭毛虫合成和分泌的酶能将纤维素分解成能被白蚁利用的复合物。白蚁为鞭毛虫提供食物和庇护所，鞭毛虫为白蚁提供了必须的、自身不能合成的酶。两者均得益，互相依赖。⒊寄生一方受益，一方受到损害者则称为寄生。例如寄生于人、动物、植物的病毒、立克次体、细菌、真菌、寄生虫等。通常受益的一方称寄生物（parasite），受害的被寄生一方称宿主（host）；寄生物为动物者称寄生虫。在寄生关系中宿主提供寄生物所需营养物质，以及暂时或永久的居住场所。生物之间的关系多样而复杂，上述的3种关系，并不是截然分开的，如图2-1所示，可具有“重叠”部分，该部分可能反映演化过程中暂时过渡阶段，如齿龈内阿米巴（Entamoebagingivalis）现在可以认为是共栖，但将来可能演化成为“完全”的寄生。从寄生也可演化为互利共生，如白蚁与其消化道中的鞭毛虫。开始时鞭毛虫与白蚁是寄生关系，鞭毛虫对白蚁影响不大，有可能只给白蚁一些非必需的代谢产物，如消化纤维素的酶等。随着时间的推移，白蚁失去了分泌消化纤维素酶等物质的功能，完全依赖鞭毛虫，于是寄生关系渐变为互利共生。二、寄生虫的演化寄生虫是怎样演变成的，这是一个有趣而难有答案的问题，大多数的学者认为：寄生虫是从早期生物史中的自由生活生物进化来的。可以假设，一个生物开始时只是偶然与另一个生物相遇，接着，由于两个生物长时间图2-1共栖、共生、寄生关系示意图在一起，其中有一个产生了对另一个的依赖，随着时间推移，依赖性越来越大，以致于离开对方便很难生存，为适应这种生活，生物体发生了某些调整，称为前适应（preadaptation）。它是从自由生活向寄生生活方式转变的必要的调整，可以是生理上的也可以是发育或形态结构上的改变。以生理调整为例，开始时可能只是增加对宿主酶活性的抗性，减少被宿主消灭的机会，接着出现生理适应性。例如消化道寄生虫，它们原先可能也是营自由生活生物，偶然被吞食，绝大多数都被消灭，只有极少数具有前适应者能经得住消化酶的破坏作用并适应消化道的环境，生存下来，也就是说寄生关系初步建立。反过来，新的寄生环境引起寄生虫发生更深刻变化。这些变化概括起来有4个方面：⒈形态改变由于大多数寄生虫生活在营养丰富的环境中，能轻而易举获得营养及消化酶，本身的消化系统发生退化，甚至消失，如绦虫无消化道。而另外一些器官组织相应得到加强，如线虫表皮层角化以抵抗消化酶的作用；为避免因肠蠕动而被排出，某些寄生虫特化了的器官，如吸盘、钩齿等增加了吸附力量；又如腔道内寄生的蠕虫，其虫体形状也变成线条形，以减少阻力。⒉生理与代谢方式改变最显著的适应性的改变是肠道寄生虫失去在自由生活模式中常见的有氧代谢。在肠道中氧压近于零情况下，曾是自由生活阶段能量主要来源的三羧酸循环因缺氧而难于进行，改由糖酵解提供能量。⒊侵入机制得到加强为增加进入宿主及组织的机会，侵入机制得到专化与加强，例如痢疾阿米巴（Entamoebahistolytica）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。⒋繁殖能力加强表现在生殖系统的发达及繁殖方式多样化。寄生虫的生殖系统发达，如绦虫每一节片都有雌雄生殖系统，成熟的节片几乎充满生殖系统。蛔虫的产卵量很大，每条雌虫每天约产卵20万个。有些寄生虫，如吸虫不仅有有性生殖，而且有无性生殖，这种需要有性生殖与无性生殖交替进行才能完成生活史的现象称世代交替（alternationofgenerations）。不管是有性生殖或无性生殖都能使寄生虫个体数量增加、种群扩大。繁殖能力增强及繁殖方式多样化表明寄生虫对其复杂生活史及其生活环境多样性的一种适应性。寄生现象深化与寄生虫本身的形态、生理等各种改变互为因果，开始时的偶然寄生虫、兼性寄生虫、终于演化为长期寄生虫、专性寄生虫。第二节寄生虫生物学一、寄生虫生活史、寄生虫与宿主类别⒈寄生虫生活史与形态、生理、生化、代谢等发生变化同时，寄生虫生活史（lifecycle），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-inhabitingflagellate）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。寄生虫对中间宿主数量的要求可以用“钟形”曲线来说明，如图2-2，寄生虫在演化过程中所需要的中间宿主有一个“临界点”。在这个“临界点”之前，中间宿主增加能明显增加寄生虫适应性，过了“临界点”某些宿主的消失代表更为成功的状态，因为中间宿主种类减少，从而简化的生活史可能增加了寄生虫到达终宿主的机遇。寄生虫生活史具有多样性，依据是否需要中间宿主，可大致分为两种类型：以蠕虫为例，不需要中间宿主，虫卵或幼虫在外界发育到感染期后直接感染人，称直接型，如蛔虫、钩虫等；需要中间宿主，幼虫在其体内发育到感染期后经中间宿主才能感染人，称间接型，如丝虫、血吸虫等。在流行病学上，又将具有直接型生活史的蠕虫称为土源性蠕虫；将间接型生活史的蠕虫称为生物源性蠕虫。⒉寄生虫与宿主类别寄生虫与宿主在漫长的过程中，因演化阶段不同，寄生虫生长发育过程、宿主种类、寄生部位、寄生虫对宿主损害程度也不相同。依据寄生部位将生活于宿主体表和体内的寄生虫分别称为体外寄生虫（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活的称为专性寄生虫（obligatoryparasite），如钩虫（hookworm）。图2-2寄生虫在进化过程中所需宿主数量可以过自由生活，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（facultativeparasite）。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（Naegleriafowleri）和粪类圆线虫（Strongyloidesstercocalis）。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（accidentalparasite），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（permanetparasite）,如蛔虫（Ascarislumbricoides）。只在取食时侵袭宿主，取食后即离去者称暂时性寄生虫（temporaryparasite），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（opportunisticparasite），如刚地弓形虫（Taxoplasmagondii）、卡氏肺孢子虫（Pneumocystiscarinii）、微小隐孢子虫(Cryptosporidiumgaravum)等。在寄生虫生活史过程中，有的只需一个宿主，有的则需两个或两个以上宿主。成虫或有性生殖阶段所寄生的宿主称终宿主（definitivehost）。幼虫或无性生殖阶段所寄生的宿主称中间宿主（intermediatehost）。如需两个以上中间宿主，则依顺序称第一、第二中间宿主。有些寄生虫既可寄生于人也可寄生于脊椎动物，脊椎动物体内的寄生虫在一定条件下可传给人，从流行病学角度来看，这些动物称储蓄宿主（也称储存宿主、保虫宿主，reservoirhost）。有些寄生虫幼虫侵入非适宜宿主，不能继续发育，但可长期处于幼虫状态，当有机会进入正常宿主体内，便可发育为成虫，这种非适宜宿主称为转续宿主（paratenichost或transporthost）。二、寄生虫的分类与其他生物分类目的一样，寄生虫的分类是为了认识虫种，了解各虫种、各类群之间的亲缘关系，寻找演化线索，了解寄生虫与宿主之间的关系，特别是与人之间的关系。寄生虫的数量巨大，存在的空间跨度也很大，个体变异、种群差别也较大，但在同一群体内，其基本特征，特别是形态特征是相似的，这是目前寄生虫分类的重要依据。进化则是寄生虫分类基础。按照动物分类系统，人体寄生虫分隶于动物界（KingdomAnimal）无脊椎动物的7个门：扁形动物门（Phylumplatyhelmonthes）、线形动物门（PhylumNemathelminthes）、棘头动物门（PhylumAcanthocephala）、节肢动物门（PhylumArthopoda）及单细胞的原生动物亚界(SubkingdomProtozoa)中的肉足鞭毛门(PhylumSacomastigophora)、顶复门(PhylumApi-complexa)和纤毛门(PhylumCiliophora)。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。根据国际动物命名法，寄生虫也采用二名制（binominalsystem）学名（scientificname）采用拉丁文或拉丁化文字，属名（genusname）在前，种名(speiesname)在后，有的种名之后还有亚种名(subspeciesname)，种名或亚种名之后是命名者姓名与命名年份。如斯氏狸殖吸虫[Pagumogonimusskrjabini(Chen,1959)Chen,1963]表示Chen1959年命名该虫，Chen在1963年又再次将其命名。第三节寄生虫的营养与代谢一、寄生虫的营养寄生虫因其种类及生活史期不同，所需营养物质种类与数量、营养方式与来源也有差异。寄生虫所需营养物质有碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素。此外还需维持生命所必需的水、无机盐。合成蛋白质所需的氨基酸来源于分解食物或分解宿主组织，也可直接摄取宿主游离氨基酸。合成核酸的碱基，嘌呤要从宿主获取，嘧啶则可能由自身合成。脂类主要来源于宿主，寄生虫可能只有加长脂肪链的功能。在某些寄生虫因缺乏某些消化酶，因此还必须从宿主消化道中获取。各类寄生虫的营养吸收途径大不相同，对于有消化道的寄生虫，如吸虫、线虫，消化道是吸收营养物质主要场所，吸虫还能从体表吸收低分子量物质。没有消化道的绦虫，营养物质的吸收要靠具有微毛（microthrix）的皮层(tegument)。有胞口(cytostome)与胞咽(cytopharynx)的原虫，如结肠小袋纤毛虫(Balantidiumcoli)，从胞口摄取营养。有伪足(pseudopod)的原虫，如阿米巴，可吞食营养物质形成食物泡(foodvacuole)进行体内消化与吸收。寄生虫的细