Microbe Human Interactions: The Host Parasite Relationship

Slide1Chapter 13 Chapter  13 Microbe-Human  Interactions: Infection  and  Disease Microbe-Human  Interactions: Infection  and  Disease

Slide2Contact-Infection-Disease:  The Host-Parasite  Relationship Contact-Infection-Disease:   The Host-Parasite  Relationship  The  human  body  is  constantly  in  contact (contaminated)  with  microbes  The  human  body  is  constantly  in  contact (contaminated)  with  microbes ► Some  are  pathogens  that  may  cause  an  infection by  circumventing  the  host  defense  system, entering  normally  sterile  tissues,  and  multiplying there ► Some  are  pathogens  that  may  cause  an  infection by  circumventing  the  host  defense  system, entering  normally  sterile  tissues,  and  multiplying there ► When  infections  lead  to  a  disruption  in  tissues, infectious  disease  results ► When  infections  lead  to  a  disruption  in  tissues, infectious  disease  results ► The  outcome  is  highly  variable,  but  most  contacts do  not  result  in  infection,  and  most  infections  do not  lead  to  disease ► The  outcome  is  highly  variable,  but  most  contacts do  not  result  in  infection,  and  most  infections  do not  lead  to  disease

Slide3Associations between  microbes  and humans Associations  between  microbes  and humans

Slide4The Body  as  a  Habitat The  Body  as  a  Habitat ► The  resident  flora  or  microflora  is  a  huge and  rich  mixed  population  of microorganisms  residing  on  body  surfaces exposed  to  the  environment,  including  the skin,  mucous  membranes,  parts  of  the gastrointestinal  tract,  urinary  tract, reproductive  tract,  and  upper  respiratory tract ► The  resident  flora  or  microflora  is  a  huge and  rich  mixed  population  of microorganisms  residing  on  body  surfaces exposed  to  the  environment,  including  the skin,  mucous  membranes,  parts  of  the gastrointestinal  tract,  urinary  tract, reproductive  tract,  and  upper  respiratory tract

Slide5The Body  as  a  Habitat The  Body  as  a  Habitat ► Anatomical  sites  lying within  the  body  cavity (organs)  and  fluids (blood,  urine)  in  those sites  do  not  harbor  flora ► Anatomical  sites  lying within  the  body  cavity (organs)  and  fluids (blood,  urine)  in  those sites  do  not  harbor  flora ► Colonization:   begins  just prior  to  birth  and continues  over  an individual’s  life; variations  occur  in response  to  individual differences  in  age,  diet, hygiene,  and  health ► Colonization:   begins  just prior  to  birth  and continues  over  an individual’s  life; variations  occur  in response  to  individual differences  in  age,  diet, hygiene,  and  health

Slide6Normal Flora Normal  Flora  Bacteria  may  maintain  a balance  in  the  normal conditions  Bacteria  may  maintain  a balance  in  the  normal conditions  Studies  with  axenic animals  (free  of  any normal  flora)  show  that flora  contribute  to  the development  of  the immune  and gastrointestinal  systems and  also  to  some diseases  (dental  caries)  Studies  with  axenic animals  (free  of  any normal  flora)  show  that flora  contribute  to  the development  of  the immune  and gastrointestinal  systems and  also  to  some diseases  (dental  caries)  Normal  flora  are sometimes  agents  of infection  Normal  flora  are sometimes  agents  of infection

Slide7Landscape of  the  skin Landscape  of  the  skin ► Microbes  live  only  in upper  dead  layers  of epidermis  glands,  and follicles;  dermis  and layers  below  are  sterile ► Microbes  live  only  in upper  dead  layers  of epidermis  glands,  and follicles;  dermis  and layers  below  are  sterile

Slide8Distribution of  flora  in  the gastrointestinal  tract Distribution  of  flora  in  the gastrointestinal  tract ► Oral  cavity:   colonize the  epidermal  layer  of cheeks,  gingiva, pharynx;  surface  of teeth;  found  in  saliva in  huge  numbers ► Oral  cavity:   colonize the  epidermal  layer  of cheeks,  gingiva, pharynx;  surface  of teeth;  found  in  saliva in  huge  numbers ► Large  intestine  and rectum  have  huge numbers  of  flora ► Large  intestine  and rectum  have  huge numbers  of  flora

Slide9Colonized regions  of  the  respiratory tract Colonized  regions  of  the  respiratory tract ► The  moist  mucous blanket  of  the nasopharynx  has  a well-entrenched  flora. ► The  moist  mucous blanket  of  the nasopharynx  has  a well-entrenched  flora. ► Lower  regions  of bronchi,  bronchioles, and  lungs  are  free  of resident  microbes. ► Lower  regions  of bronchi,  bronchioles, and  lungs  are  free  of resident  microbes.

Slide10Flora of  the  reproductive  tract Flora  of  the  reproductive  tract ► In  females,  the  external genitalia,  vaginal,  and cervical  surfaces  have  flora ► In  females,  the  external genitalia,  vaginal,  and cervical  surfaces  have  flora ► In  females,  the  first portion  of  the  urethral mucosa  has  flora. ► In  females,  the  first portion  of  the  urethral mucosa  has  flora. ► In  males,  the  entire reproductive  and  urinary tract  is  sterile,  except  for  a short  portion  of  the anterior  urethra ► In  males,  the  entire reproductive  and  urinary tract  is  sterile,  except  for  a short  portion  of  the anterior  urethra

Slide11Factors Affecting  the  Course  of Infection  and  Disease Factors  Affecting  the  Course  of Infection  and  Disease

Slide12Pathogenicity and  Virulence Pathogenicity  and  Virulence  Pathogenicity  is  the  property  of  microorganisms  to  cause infection  and  disease  Pathogenicity  is  the  property  of  microorganisms  to  cause infection  and  disease  Virulence  is  the  precise  factors  used  by  the  microbe  to  invade and  damage  host  tissues;  it  helps  define  the  degree  of pathogenicity  Virulence  is  the  precise  factors  used  by  the  microbe  to  invade and  damage  host  tissues;  it  helps  define  the  degree  of pathogenicity  Pathogenicity  varies  with  a  microbe’s  ability  to  invade  or  harm host  tissues  and  with  the  condition  of  host  defenses  Pathogenicity  varies  with  a  microbe’s  ability  to  invade  or  harm host  tissues  and  with  the  condition  of  host  defenses  A  true  pathogen  produces  virulence  factors  that  allow  it  to readily  evade  host  defenses  and  to  harm  host  tissues  A  true  pathogen  produces  virulence  factors  that  allow  it  to readily  evade  host  defenses  and  to  harm  host  tissues ► True  pathogens  can  infect  normal,  healthy  hosts  with  intact defenses ► True  pathogens  can  infect  normal,  healthy  hosts  with  intact defenses  An  opportunistic  pathogen  is  not  highly  virulent  but  can  cause disease  in  persons  whose  host  defenses  are  compromised  by predisposing  conditions  such  as  age,  genetic  defects,  medical procedures,  and  underlying  organic  disease  An  opportunistic  pathogen  is  not  highly  virulent  but  can  cause disease  in  persons  whose  host  defenses  are  compromised  by predisposing  conditions  such  as  age,  genetic  defects,  medical procedures,  and  underlying  organic  disease

Slide13Mechanisms of  Infection  and  Disease Mechanisms  of  Infection  and  Disease ► The  portal  of  entry  is the  route  by  which microbes  enter  the tissues,  primarily  via skin,  alimentary tract,  respiratory tract  (pneumonia), urogenital  tract (sexually  transmitted diseases),  or placenta ► The  portal  of  entry  is the  route  by  which microbes  enter  the tissues,  primarily  via skin,  alimentary tract,  respiratory tract  (pneumonia), urogenital  tract (sexually  transmitted diseases),  or placenta

Slide14Transplacental infection  of  the  fetus Transplacental  infection  of  the  fetus ► Microbes  penetrate the  maternal  blood vessels  and  enter the  blood  pool  of the  placenta. ► Microbes  penetrate the  maternal  blood vessels  and  enter the  blood  pool  of the  placenta. ► They  then  invade the  fetal  circulation by  way  of  the umbilical  vein ► They  then  invade the  fetal  circulation by  way  of  the umbilical  vein

Slide15Mechanisms of  Infection  and  Disease Mechanisms  of  Infection  and  Disease  Pathogens  that  come  from  outside  the  body  are exogenous;  those  that  originate  from  normal flora  are  endogenous  Pathogens  that  come  from  outside  the  body  are exogenous;  those  that  originate  from  normal flora  are  endogenous  The  size  of  the  infectious  dose  is  of  great importance  The  size  of  the  infectious  dose  is  of  great importance

Slide16Mechanisms of  Infection  and  Disease Mechanisms  of  Infection  and  Disease ► In  the  process  of adhesion,  a  microbe attaches  to  the  host cell  by  means  of fimbriae,  flagella, capsules,  or  receptors that  position  it  for invasion ► In  the  process  of adhesion,  a  microbe attaches  to  the  host cell  by  means  of fimbriae,  flagella, capsules,  or  receptors that  position  it  for invasion

Slide17Virulence Factors Virulence  Factors ► Exoenzymes digest epithelial tissues,  disrupt tissues,  and permit  invasion ► Exoenzymes digest epithelial tissues,  disrupt tissues,  and permit  invasion

Slide18Virulence Factors Virulence  Factors  Toxigenicity  is  a  microbe’s capacity  to  produce  toxins at  site  of  multiplication which  affect  cellular  targets  Toxigenicity  is  a  microbe’s capacity  to  produce  toxins at  site  of  multiplication which  affect  cellular  targets ► Toxinoses  are  diseases caused  by  toxins  that damage  structure  or function  of  host  cells ► Toxinoses  are  diseases caused  by  toxins  that damage  structure  or function  of  host  cells ► Toxemia  refers  to toxins  absorbed  into the  blood ► Toxemia  refers  to toxins  absorbed  into the  blood ► Intoxication  means ingestion  of  toxins ► Intoxication  means ingestion  of  toxins

Slide19Virulence Factors Virulence  Factors ► An  exotoxin  is  a  protein  secreted  by  living  bacteria  with  powerful effects  on  a  specific  organ ► An  exotoxin  is  a  protein  secreted  by  living  bacteria  with  powerful effects  on  a  specific  organ ► Examples  are  hemolysins  and  tetanus  and  diphtheria  toxins ► Examples  are  hemolysins  and  tetanus  and  diphtheria  toxins ► An  endotoxin  is  the  lipopolysaccharide  portion  of  a  gram-negative  cell wall  released  when  a  bacterial  cell  dies;  causes  generalized  symptoms such  as  fever ► An  endotoxin  is  the  lipopolysaccharide  portion  of  a  gram-negative  cell wall  released  when  a  bacterial  cell  dies;  causes  generalized  symptoms such  as  fever

Slide20Virulence Factors Virulence  Factors ► Antiphagocytic factors  include leukocidins  (white blood  cell  poisons) and  capsules ► Antiphagocytic factors  include leukocidins  (white blood  cell  poisons) and  capsules

Slide21Effects on  Target  Organ/Spread  of Infection Effects  on  Target  Organ/Spread  of Infection ► Patterns  of  Infection:   Stages in  Infection/Disease ► Patterns  of  Infection:   Stages in  Infection/Disease  Incubation  period,  the  period from  contact  with  infectious agent  until  appearance  of first  symptoms  Incubation  period,  the  period from  contact  with  infectious agent  until  appearance  of first  symptoms  Prodromium,  a  short  period of  initial,  vague  symptoms  Prodromium,  a  short  period of  initial,  vague  symptoms  Period  of  invasion,  a  variable period  during  which  microbe multiplies  in  high  numbers and  causes  severest symptoms  Period  of  invasion,  a  variable period  during  which  microbe multiplies  in  high  numbers and  causes  severest symptoms  Convalescent  period,  a period  of  recovery,  with decline  of  symptoms  Convalescent  period,  a period  of  recovery,  with decline  of  symptoms

Slide22Types of  Infectious/Diseases Types  of  Infectious/Diseases  Localized  infection,  microbe  remains  in  isolated  site  Localized  infection,  microbe  remains  in  isolated  site  Systemic  infection,  microbe  is  spread  through  the  tissues  by circulation  Systemic  infection,  microbe  is  spread  through  the  tissues  by circulation  Focal  infection,  microbe  spreads  from  local  site  to  entire  body (systemic)  Focal  infection,  microbe  spreads  from  local  site  to  entire  body (systemic)  Mixed  infection,  several  microbes  cause  one  type  of  infection simultaneously  Mixed  infection,  several  microbes  cause  one  type  of  infection simultaneously  Primary  infection,  the  initial  infection  in  a  series  Primary  infection,  the  initial  infection  in  a  series  Secondary  infection,  a  second  infection  that  complicates  a primary  infection  Secondary  infection,  a  second  infection  that  complicates  a primary  infection  Septicemia  and  bacteremia  refer  to  microbes  in  the  blood  Septicemia  and  bacteremia  refer  to  microbes  in  the  blood  Acute  infection  appears  suddenly,  has  a  short  course,  and  is relatively  severe  Acute  infection  appears  suddenly,  has  a  short  course,  and  is relatively  severe  Chronic  infection  persists  over  a  long  period  of  time  Chronic  infection  persists  over  a  long  period  of  time  Subacute  infection  has  a  pattern  between  acute  and  chronic  Subacute  infection  has  a  pattern  between  acute  and  chronic

Slide23Types of  Infectious/Diseases Types  of  Infectious/Diseases

Slide24Signs and  Symptoms:   Manifestations  of  disease, indicators  of  pathogenic  effects  on  target organs Signs  and  Symptoms:   Manifestations  of  disease, indicators  of  pathogenic  effects  on  target organs  A  sign  is  objective,  measurable  evidence  noted  by  an observer  A  sign  is  objective,  measurable  evidence  noted  by  an observer ► Examples  include  septicemia,  change  in  number  of white  blood  cells;  skin  lesions;  inflammation;  necrosis, lysis  or  death  of  tissues ► Examples  include  septicemia,  change  in  number  of white  blood  cells;  skin  lesions;  inflammation;  necrosis, lysis  or  death  of  tissues ► A  symptom  is  a  subjective  effect  of  disease  as  sensed by  patient ► A  symptom  is  a  subjective  effect  of  disease  as  sensed by  patient ► Examples  are  pain,  fatigue,  and  nausea ► Examples  are  pain,  fatigue,  and  nausea ► A  syndrome  is  a  disease  that  manifests  as  a predictable  complex  of  symptoms;  infections  that  do not  show  symptoms  are  called  asymptomatic, subclinical,  or  inapparent ► A  syndrome  is  a  disease  that  manifests  as  a predictable  complex  of  symptoms;  infections  that  do not  show  symptoms  are  called  asymptomatic, subclinical,  or  inapparent

Slide26Major portals  of  exit  of  infectious diseases Major  portals  of  exit  of  infectious diseases ► Through  the  portal  of  exit, microbe  is  released  with bodily  secretions  and discharges  to  have  access  to new  host;  portals  include respiratory  droplets  from sneezing,  coughing,  saliva, skin,  feces,  urogenital  tract (urine,  mucus,  semen)  and blood ► Through  the  portal  of  exit, microbe  is  released  with bodily  secretions  and discharges  to  have  access  to new  host;  portals  include respiratory  droplets  from sneezing,  coughing,  saliva, skin,  feces,  urogenital  tract (urine,  mucus,  semen)  and blood ► A  microbe  may  become dormant  (latent)  and  cause recurrent  infections ► A  microbe  may  become dormant  (latent)  and  cause recurrent  infections ► Damaging  effects  that remain  in  organs  and  tissues after  infection  are  sequelae ► Damaging  effects  that remain  in  organs  and  tissues after  infection  are  sequelae

Slide27EpidemiologyEpidemiology  Epidemiology  is  a  science  that  determines  the factors  influencing  causation,  frequency,  and distribution  of  disease  in  a  community  Epidemiology  is  a  science  that  determines  the factors  influencing  causation,  frequency,  and distribution  of  disease  in  a  community ► Epidemiologists  are  involved  in  surveillance  of reportable  diseases  in  populations  and  consider measures  to  protect  the  public  health ► Epidemiologists  are  involved  in  surveillance  of reportable  diseases  in  populations  and  consider measures  to  protect  the  public  health ► They  are  concerned  with  disease  statistics  such  as prevalence  (the  total  number  of  cases),  incidence (the  number  of  new  cases),  morbidity  (general health  of  the  population),  and  mortality  (death) ► They  are  concerned  with  disease  statistics  such  as prevalence  (the  total  number  of  cases),  incidence (the  number  of  new  cases),  morbidity  (general health  of  the  population),  and  mortality  (death)

Slide28Graphical representation  of epidemiological  data Graphical  representation  of epidemiological  data

Slide29Frequency of  Disease Frequency  of  Disease ► Endemic,  a  disease constantly  present  in a  certain  geographic area ► Endemic,  a  disease constantly  present  in a  certain  geographic area ► Sporadic,  a  disease that  occurs occasionally  with  no predictable  patter ► Sporadic,  a  disease that  occurs occasionally  with  no predictable  patter ► Epidemic,  sudden outbreak  of  disease in  which  numbers increase  beyond expected  trends ► Epidemic,  sudden outbreak  of  disease in  which  numbers increase  beyond expected  trends ► Pandemic, worldwide  epidemic ► Pandemic, worldwide  epidemic

Slide30Origin of  Pathogens Origin  of  Pathogens ► The  reservoir  is  a  place  where  the  pathogen ultimately  originates  (its  habitat) ► The  reservoir  is  a  place  where  the  pathogen ultimately  originates  (its  habitat) ► Source  of  infection  refers  to  the  immediate  origin of  an  infectious  agent ► Source  of  infection  refers  to  the  immediate  origin of  an  infectious  agent ► Carrier  is  an  individual  that  inconspicuously shelters  a  pathogen  and  spreads  it  to  others ► Carrier  is  an  individual  that  inconspicuously shelters  a  pathogen  and  spreads  it  to  others

Slide31Carriers in  transmission  of  infectious agents Carriers  in  transmission  of  infectious agents  Asymptomatic  carrier  is  infected without  symptoms  Asymptomatic  carrier  is  infected without  symptoms  Incubation  carriers  carry  early  in disease  Incubation  carriers  carry  early  in disease  Convalescent  carriers  carry  in  last phases  of  recovery  Convalescent  carriers  carry  in  last phases  of  recovery  Chronic  carriers  carry  for  long periods  after  recovery  Chronic  carriers  carry  for  long periods  after  recovery  Passive  carriers  are  uninfected  but convey  infectious  agents  from infected  persons  to  uninfected  ones by  hand  and  instrument  contact  Passive  carriers  are  uninfected  but convey  infectious  agents  from infected  persons  to  uninfected  ones by  hand  and  instrument  contact

Slide32Vectors/ZoonosesVectors/Zoonoses ► A  vector  is  an  animal  that  transmits  pathogens ► A  vector  is  an  animal  that  transmits  pathogens ► A  biological  vector  is  an  alternate  animal  host (mosquito,  flea)  that  assists  in  completion  of  life cycle  of  microbe ► A  biological  vector  is  an  alternate  animal  host (mosquito,  flea)  that  assists  in  completion  of  life cycle  of  microbe ► A  mechanical  vector  is  an  animal  that  does  not host  microbial  life  cycle,  but  is  a  short-term transmitter  (housefly) ► A  mechanical  vector  is  an  animal  that  does  not host  microbial  life  cycle,  but  is  a  short-term transmitter  (housefly) ► A  zoonosis  is  an  infection  for  which  animals  are  the natural  reservoir  and  host  that  can  be  transmitted to  humans ► A  zoonosis  is  an  infection  for  which  animals  are  the natural  reservoir  and  host  that  can  be  transmitted to  humans

Slide34Acquisition of  Infection Acquisition  of  Infection ► Communicable infectious  disease occurs  when pathogen  is transmitted  from host  to  host  directly or  indirectly; contagious  diseases are  readily transmissible through  direct contact ► Communicable infectious  disease occurs  when pathogen  is transmitted  from host  to  host  directly or  indirectly; contagious  diseases are  readily transmissible through  direct contact

Slide35Acquisition of  Infection Acquisition  of  Infection ► Non-communicable  diseases  are  not spread  from  host  to  host;  acquired  from one’s  normal  flora  (pneumonia)  or  from  a nonliving  environmental  reservoir (tetanus) ► Non-communicable  diseases  are  not spread  from  host  to  host;  acquired  from one’s  normal  flora  (pneumonia)  or  from  a nonliving  environmental  reservoir (tetanus)

Slide36Acquisition of  Infection Acquisition  of  Infection ► Direct  transmission ► Direct  transmission  Infectious  agent  is  spread  through  direct  contact  of  portal of  exit  with  portal  of  entry  (STDs,  herpes  simplex)  Infectious  agent  is  spread  through  direct  contact  of  portal of  exit  with  portal  of  entry  (STDs,  herpes  simplex) ► Indirect  transmission ► Indirect  transmission  A  material  (vehicle)  contaminated  with  pathogens  serves as  intermediate  source  of  infections  A  material  (vehicle)  contaminated  with  pathogens  serves as  intermediate  source  of  infections  A  fomite  is  an  inanimate  object  contaminated  with pathogens  (public  facilities,  personal  items)  A  fomite  is  an  inanimate  object  contaminated  with pathogens  (public  facilities,  personal  items)  Food  serves  as  a  vehicle  Food  serves  as  a  vehicle  Droplet  nuclei  are  airborne  dried  particles  containing infectious  agents,  formed  by  sneezing  and  coughing  Droplet  nuclei  are  airborne  dried  particles  containing infectious  agents,  formed  by  sneezing  and  coughing

Slide37Acquisition of  Infection Acquisition  of  Infection ► Nosocomial  infections  are infectious  diseases  that originate  in  the  hospital  or clinical  setting ► Nosocomial  infections  are infectious  diseases  that originate  in  the  hospital  or clinical  setting  They  commonly  occur among  surgical  and chronically  ill  patients  They  commonly  occur among  surgical  and chronically  ill  patients  Hospitals  monitor  various asepsis  procedures  to help  reduce  the  number of  infections  Hospitals  monitor  various asepsis  procedures  to help  reduce  the  number of  infections  Isolation  of  patients  and other  universal precaution  are  necessary controls  Isolation  of  patients  and other  universal precaution  are  necessary controls

Slide38Koch’s Postulates Koch’s  Postulates ► Koch’s  postulates defines  a  series  of criteria  that  must be  followed  to determine  the etiologic (causative)  agent of  disease ► Koch’s  postulates defines  a  series  of criteria  that  must be  followed  to determine  the etiologic (causative)  agent of  disease