Microbial Meningitis

MIKROBA PENYEBABINFEKSI SISTEM SARAF

Riyani WikaningrumBag. Mikrobiologi Fak. Kedokteran

Univ. YARSI

Infeksi Mikroba pd SSP

• Diawali dengan kolonisasi mukosa (saluran nafas atas atau gastrointestinal) menyebar melalui peredaran darah, menembus blood brain barrier dan menyebar ke cairan serebrospinal

• Invasi ke SSP melalui saraf perifer bisa terjadi (retrograd) misal pada gol virus Herpes dan virus rabies

• Invasi lokal (perkontinyuitatum); misal dari sinus

Mikroba menembus BBB

• Mikroba menginfeksi sel penyusun sawar otak • Mikroba ditransport melalui vakuol

intraseluler sel penyusun sawar otak• Mikroba dibawa oleh sel lekosit yang terinfesi

Penyebab infeksi SSP

• Bakteri:– H. influenzae– N. meningitidis– S. pneumoniae– E. coli– S. aureus– Listeria monocytogenes– Mycobacterium tuberculosis– Treponema pallidum

Penyebab infeksi SSP

• Fungi:– Cryptococcus neoformans

• Virus:– Herpes simplex virus - JC virus– Mumps virus - Arbovirus– Coxsackievirus - Rabies virus– Echovirus - Measles virus – Rubellavirus - Prion– Poliovirus– HIV

LCS

  Cells/ml Protein (mg/dl)Glucose (mg/dl) Causes

Normal 0-5 15-45 45-85 -

Septic (purulent) meningitis

200-20000 (mainly neutrophils)

High (>100) <45 Bacteria, amebae, brain abscess

Aseptica meningitis or meningoencephalitis

100-1000 (mainly mononuclear)

Moderately high (50-100)

Normalb Viruses, tuberculosis, leptospira, fungi, brain abscess, partly treated bacterial meningitis

aAseptic because the CSF is sterile on regular bacteriologic culture.bLow (<45) in the case of tuberculosis, fungi, leptospira.

Bacterial MeningitisPathogen Treatmenta Prevention

Neisseria meningitidis Penicillin (or chloramphenicol)

Rifampicin prophylaxis for close contacts; polysaccharide vaccine (poor protection against group B)

Haemophilus influenzae Ampicillinb, ceftriaxone or cefotaxime (or chloramphenicol)

Polysaccharide vaccine against type b (Hib)

Streptococcus pneumoniae

Penicillinc (or ceftriaxone or chloramphenicol)

Prompt treatment of otitis media and respiratory infections; polyvalent (23 serotypes) polysaccharide vaccine

Bacterial MeningitisPathogen Treatmenta Prevention

Escherichia coli (and other coliforms), group B streptococci

Gentamicin + cefotaxime or ceftriaxone (or chloramphenicol)b

No vaccines available

Listeria monocytogenes Penicillin or ampicillin + gentamicin

No vaccines available

Mycobacterium tuberculosis

Isoniazid and rifampin and pyrazinamide ± streptomycin

BCG vaccination; isoniazid prophylaxis for contacts recommended in USA

Bacterial Virulence Factors

Virulence factor Bacterial pathogenNeisseria meningitidis

Haemophilus influenzae

Streptococcus pneumoniae

Capsule + + +IgA protease + + +Pili + + -Endotoxin + + -Outer membrane proteins

+ +

Polysaccharide capsules are important virulence factors in the pathogenesis of bacterial meningitis

Pathogen Capsule Important type Vaccine

Neisseria meningitidis

Polysaccharide A, B, C, Y, W-135 Good for A and C; poor for B

Haemophilus influenzae

Polysaccharide B Hib vaccine for <1 year olds

Streptococcus pneumoniae

Polysaccharide Many Pneumovax: 23-valent most common types

Group B streptococcus

Polysaccharide rich in sialic acid

(Ia, Ib, II) III in neonatal meningitis

- ? Future

Escherichia coli KI in meningitis - ? Future

Neisseria meningitidis

Meningokokus

13

upper respiratory tractupper respiratory tract infection infection – adhesion pili adhesion pili

bloodstreambloodstream

brainbrain

NeisseriaNeisseria meningitidismeningitidis

14

• second most common meningitis second most common meningitis – pneumococcus, most common pneumococcus, most common

• fatal if untreated fatal if untreated

• responds well to antibiotic therapyresponds well to antibiotic therapy– penicillin penicillin

Meningococcal meninigitisMeningococcal meninigitis

15

Laboratory DiagnosisLaboratory Diagnosis

• spinal fluid spinal fluid – Gram negative diplococci Gram negative diplococci

within polymorphonuclear cellswithin polymorphonuclear cells– meningococcal antigens meningococcal antigens

• CultureCulture– Thayer Martin agar Thayer Martin agar

16

• capsulecapsule inhibit phagocytosis inhibit phagocytosis• anti-capsular antibodiesanti-capsular antibodies stopstop infectioninfection•antigenic variationantigenic variation sero-groupssero-groups• vaccine vaccine multiple sero-groups multiple sero-groups

CapsuleCapsule

• Bakteri berbentuk batang kecil, pleomorfik, Gram (-), membutuhkan faktor pertumbuhan khusus untuk isolasinya

• Faktor pertumbuhan darah atau derivatnya• Spesies penting:

– H. influenzae– H. aegyptius– H. ducreyi– H. parainfluenzae; H. aphrophilus; H. paraaphrophilus

H. Influenzae (Gram)

H. influenzae• Parasit pada manusia yang berkapsul

menyebabkan:– Meningitis, epiglotitis, pneumonia, aryhritis,

bronchitis, otitis media

• Bakteri yang tidak berkapsul dapat sebagai flora normal faring 25 – 80% populasi normal

• Morfologi bakteri – dari sampel akut basil coccoid, berpasangan

/ rantai pendek– Dari biakan tua pleomorfik– Mempunyai kapsul reaksi Quellung untuk

penentuan serotipe

• Biakan:– media BHI agar dan Agar coklat– Inkubasi 36 – 48 jam– Satelite phenomenon koloni tumbuh > di

sekitar koloni S. aureus (kuman lain)

• Faktor pertumbuhan:– Faktor X Hemin– Faktor V NAD / co-enzim lain

• Struktur Antigen:– Ag kapsul polisakharida dibedakan

menjadi tipe a, b, c, d, e, f.• Tipe b PRP (Polyribose-ribitol phoaphate)• Penentuan dengan reaksi Quellung atau

immunofluoresensi

– Ag somatik protein membran luar– LPS (endotoksin) ~ Neisseria

Satelite phenomenon

Pertumbuhan H. influenzae dg faktor X dan V

Berdasarkan kebutuhan faktor X dan V

Spesies Faktor X Faktor V Hemolisa

H. Influenzae

H. aegyptius

+ +

H. Parainfluenzae +

H. Ducreyi +

H. Haemolyticus + + +

H. parahaemolyticus + +

H. aphrophilus

Diagnosis Laboratorium• Bahan pemeriksaan:

– Usap tenggorok, pus, darah, LCS

• Pemeriksaan langsung:– Immunofluoresensi– Quellung

• Kultur:– Agar coklat + IsoVitaleX– Identifikasi dengan melihat kebutuhan faktor X dan V

Kekebalan• Bayi umur < 3 bulan mempunyai kekebalan

dari Ibu• Anak umur 5 bulan – 5 tahun rentan terhadap

infeksi H. influenzae meningitis• Diberikan vaksinasi vaksin Hib pada anak

Terapi• Angka mortalitas meningitis 90%• Kebanyakan H. influenzae tipe B sensitif

penisilin; tetapi 25% telah resisten• Antibiotik lain: Kloramfenikol, sefalosporin

generasi baru

Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae

30

S. pneumoniae • leading cause of pneumonialeading cause of pneumonia

– particularly young and oldparticularly young and old– after damage to upper respiratory tractafter damage to upper respiratory tract

**e.g. following viral infectione.g. following viral infection• bacteremiabacteremia• meningitismeningitis• middle ear infections (otitis media)middle ear infections (otitis media)

31

S. pneumoniae

• α hemolytic hemolytic• pneumolysin pneumolysin 

– degrades red blood cells under aerobic conditions degrades red blood cells under aerobic conditions 

•   grows well on sheep blood agargrows well on sheep blood agar• no group antigen    no group antigen    

32

  Diagnosis - spinal fluidDiagnosis - spinal fluid

• direct Gram stainingdirect Gram staining• detection of capsular antigendetection of capsular antigen

33

Not optochin sensitive

optochin sensitive

IdentificationIdentification

34

CapsuleCapsule

• prominent prominent – virulent strains virulent strains 

• anti-phagocyticanti-phagocytic• carbohydrate antigens carbohydrate antigens 

– vary among strainsvary among strains

35

CapsuleCapsule

•   immunity immunity – serotype specificserotype specific

• vaccine contains multiple serotypesvaccine contains multiple serotypes• only for susceptible populationonly for susceptible population

36

Quellung reactionQuellung reaction

• using antisera using antisera •   capsule "fixed" capsule "fixed" •   visible microscopicallyvisible microscopically

37

PathogenesisPathogenesis

• Teichoic acidTeichoic acid–complement activation complement activation – large numbers of inflammatory cells large numbers of inflammatory cells at infection siteat infection site

38

TherapyTherapy

• S. pneumoniaeS. pneumoniae  –   most strains susceptible to penicillin most strains susceptible to penicillin –   resistance is commonresistance is common

39

Streptococcus in chains (Gram stain)

40

groupable streptococci streptococci • A, B and DA, B and D

– frequentfrequent

• C, G, F C, G, F – less frequentless frequent

41

Group B streptococcusGroup B streptococcus

• neonatal meningitisneonatal meningitis• septicemiasepticemia• transmission transmission 

–   vaginal floravaginal flora

42

Group B streptococcus  Group B streptococcus  - identification- identification

•   β hemolysishemolysis• hippurate hydrolysishippurate hydrolysis• CAMP reactionCAMP reaction

– increases increases β hemolysis of hemolysis of S. aureusS. aureus  

43

Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis

obligate aerobeobligate aerobeacid-fast rodsacid-fast rods

Mycobacterium tuberculosisZN staining

45

• M. tuberculosisM. tuberculosis• major human diseasemajor human disease

– healthy peoplehealthy people • problems problems

– association with AIDSassociation with AIDS– multiple drug-resistancemultiple drug-resistance

Tuberculosis Tuberculosis (TB, consumption)(TB, consumption)

46

Transmission -tuberculosisTransmission -tuberculosis

• M. tuberculosis M. tuberculosis causes diseasecauses disease–healthy individuals healthy individuals 

• transmitted man-man transmitted man-man • airborne dropletsairborne droplets

47

Pathogenesis of tuberculosisPathogenesis of tuberculosis

• infects lunginfects lung

• distributed within macrophagesdistributed within macrophages

• facultative intracellular pathogenfacultative intracellular pathogen– inhibits phagosome-lysosome fusioninhibits phagosome-lysosome fusion

48

Cell-mediated immunity -tuberculosisCell-mediated immunity -tuberculosis

• infiltration infiltration –   macrophages macrophages –   lymphocyteslymphocytes

• granulomasgranulomas• tuberculestubercules

Miliary TB Meningitis TB

50

Laboratory diagnosis - Laboratory diagnosis - tuberculosistuberculosis

• skin testingskin testing–   delayed hypersensitivity delayed hypersensitivity –   tuberculin tuberculin –   protein purified derivative, PPDprotein purified derivative, PPD

• X-rayX-ray

51

Positive skin test -tuberculosisPositive skin test -tuberculosis

• indicates exposure to organismindicates exposure to organism• does not indicate active diseasedoes not indicate active disease

52

Other minor pathogenesis factors Other minor pathogenesis factors tuberculosistuberculosis

• mycobactin mycobactin – siderophoresiderophore

• cord factor cord factor – damages mitochondriadamages mitochondria

53

Laboratory diagnosis Laboratory diagnosis M. tuberculosisM. tuberculosis

• acid fast bacteria acid fast bacteria – sputum sputum

54

Laboratory diagnosis Laboratory diagnosis M. tuberculosis M. tuberculosis (culture)(culture)

• grows very slowlygrows very slowly– two weeks or longertwo weeks or longer– non-pigmented coloniesnon-pigmented colonies– niacin productionniacin production

*differentiates from other mycobacteriadifferentiates from other mycobacteria

55

TuberculosisTuberculosis• polymerase chain amplificationpolymerase chain amplification

– rapid diagnosisrapid diagnosis

56

Antibotic treatment - tuberculosisAntibotic treatment - tuberculosis

• extensive time periods (e.g. 9 months)extensive time periods (e.g. 9 months)• organism grows slowly, or dormantorganism grows slowly, or dormant• two or more antibioticstwo or more antibiotics

–   e.g. rifampin and isoniazide.g. rifampin and isoniazid– resistance minimizedresistance minimized 

57

Tuberculosis and Drug resistance

• Multiple drug resistant (MDR)– resistant to first line drugs  

• Extremely drug resistant (XDR) –Resistant to some of the second line drugs–Nearly un-treatable

58

VaccinationVaccination

• BCG vaccine BCG vaccine – an attenuated strain of an attenuated strain of M. bovisM. bovis – not effectivenot effective

• in US, in US, – incidence is lowincidence is low– vaccination not practicedvaccination not practiced– immunization interferes with diagnosisimmunization interferes with diagnosis

59

Clostridium tetani

sporespore

vegetativevegetative

Clostridium

• sifat-sifat umum:– Batang (+) gram, memiliki spora (>besar dari badan

vegetatif), berflagel– bersifat anaerob– alamiah ditemukan di alam bebas dan pd saluran cerna

hewan dan manusia

• Dapat digolongkan atas:– histotoxic Clostridia (sangat invasif)– tissue infections (wound infections)– neurotoxic Clostridia (tidak invasif)

61

Clostridium tetaniClostridium tetani

• Non-invasiveNon-invasive

Clostridium tetani

• Banyak ditemukan di alam bebas• Tumbuh pada jaringan mati, Eh +10mV• Menghasilkan toksin tetanoplasmin

menjalar sepanjang saraf ke SSP dan terikat pada sel ganglion kontraksi otot

• Kematian umumnya karena tidak bisa bernafas

• Pencegahan dengan vaksin Toxoid Tetanus

63

TetanospasminTetanospasmin

• disseminates systemically disseminates systemically • binds to ganglioside receptors binds to ganglioside receptors 

–   inhibitory neurones in CNSinhibitory neurones in CNS• muscles keep on workingmuscles keep on working• spastic (rigid) paralysisspastic (rigid) paralysis• glycine glycine 

– neurotransmitterneurotransmitter

64

A severe case of tetanus. A severe case of tetanus. muscles, back and legs are rigid muscles, back and legs are rigid muscle spasms can break bonesmuscle spasms can break bones can be fatalcan be fatal (e.g respiratory failure)(e.g respiratory failure)

65

• infantinfant• DPT (diptheria, pertussis, tetanus)DPT (diptheria, pertussis, tetanus)• tetanus extremely uncommon in UStetanus extremely uncommon in US• tetanus toxoid tetanus toxoid

– antigenicantigenic– no exotoxic activityno exotoxic activity

VaccinationVaccination

66

C. botulinumC. botulinum

Clostridium botulinum• Terdapat di alam bebas, dapat mengkontaminasi makanan

(kaleng)• Penyebab botulisme• Menghasilkan toksin (neurotoxin) yang sensitif terhadap

panas• Toxin bekerja pada sistem saraf perifer menghambat

pelepasan asetilkholin pada sinaps saraf paralisis otot• Gejala berupa disfagia, mulut kering, diplopia, kesulitan

bernafas• Terapi dengan antitoxin guna menetralisir toxin yang belum

terikat pada sel target• Botulisme pada bayi disebabkan bayi menelan spora

bakteri. Dikaitkan dengan madu yang terkontaminasi spora.

Food poisoning – C. botulinum

• Eksotoksin menyebabkan botulisme• Menghasilkan 7 macam eksotoksin, yang

menyebabkan penyakit pada manusia adalah A, B, E dan F.

• Tahan terhadap enzim pencernaan• Rusak pada pemanasan 80 derajat C, 30 min• Makanan yang dikaitkan:

– Makanan awetan dalam kaleng– Makanan yang terkontaminasi spora bakteri

Botulisme

• Macam:– Food-borne botulism– Infant botulism– Wound botulism

• Gejala berupa flaccid paralysis (penglihatan ganda, kesulitan bernafas) timbul sesudah 12 – 36 jam sesudah ingesti makanan.

• Berlangsung 2 – 6 hari dan dapat fatal

75

• anti-toxin anti-toxin • antibiotic therapy (if infection)antibiotic therapy (if infection)

TreatmentTreatment

Listeriosis

• Sumber penularan adalah makanan: susu, keju, sayuran (dipupuk dengan kotoran ternak)

• Gol yang rentan adalah wanita hamil; lansia dan pasien yg daya kekebalannya rendah.

• Gejalanya bisa ringan sampai berat.• Penyimpanan makanan dalam suhu dingin

tidak menghambat pertumbuhan bakterinya.

Listeria monocytogenes

• Listeria patogen unutk manusia dan hewan• Morfologi: batang, Gram (+), gerak (+)• Kultur: agar Mueller-Hinton; fakultatif

anaerob• Penularan:

– Melalui makanan yang terkontaminasi

• Serotipe penting: IVb

Listeria monocytogenes (lanj)

• Perinatal human listeriosis (granulomatosis infantiseptica infeksi intra uterin– Eraly onset – intrauterin sepsis– Late onset – meningitis

• Listeriosis dewasa:– Meningoensefalilis– Bakteremia

• Terapi: ampisilin, eritromisin

Schematic representation of the pathophysiology of Listeria infection.

Poliovirus

Pendahuluan• Enterovirus terdiri atas:

– Poliovirus– Coxsackie A dan B– Echovirus– Enterovirus

• Termasuk famili Picornaviridae, ada 6 genus:– Enterovirus– Rhinovirus– Hepatovirus Hepatitis A virus d/h enterovirus tip 72– Parechovirus– Aphthovirus– Cardiovirus

Poliomyelitis

Poliomyelitis

• Merupakan infeksi akut dan dapat menyerang SSP flaccid paralysis (lumpuh layuh)

• Disebabkan oleh virus polio• Poliovirus diinaktivasi

– pada suhu 55oC selama 30 menit– Klorin konsentrasi 0,1 ppm, tapi pada limbah

memerlukan konsentarsi lebih• Ada tiga tipe poliovirus (1, 2, 3)

Poliomyelitis

• Virus Polio:– Virus RNA, single stranded, tidak berenvelop

replikasi di sitoplasma– Hospesnya terbatas (manusia, kera simpanse)– Memerlukan reseptor spesifik pada primata– In vivo virus tidak berreplikasi di sel otot

Poliomyelitis

• Gambaran klinis:– Masa inkubasi 7 – 14 hari– Kebanyakan infeksi bersifat subklinis– Bentuk klinis:

• Abortive poliomyelitis• Nonparalytic Poliomyelitis (aseptic meningitis)• Paralytic poliomyelitis• Progressive Postpoliomyelitis Muscle Atrophy

(Postpolio syndrome)

Poliomyelitis

• Diagnosis laboratorium:– Virus dapat ditemukan pada

• usap tenggorok• Usap rektum atau feses

– Sampel harus disimpan dalam keadaan beku selama transportasi ke laboratorium

– Pemeriksaan serologi melihat kenaikan titer• Progran pemberantasan polio gerakan

dunia.

Poliomyelitis

• Epidemiologi:– Manusia merupakan reservoir utama– Penularan melalui rute fekal – oral

• Pencegahan:– Vaksinasi dengan OPV atau IPV– Trivalent OPV dipakai dalam PPI dan PIN

Inactivated Polio Vaccine (IPV/Salk)

• Mengandung ketiga serotipe• Dikultur pada sel Vero• Diinaktivasi dengan formaldehida• Mengandung 2-phenoxyethanol, neomycin,

streptomycin, polymyxin B• Sangat efektif menimbulkan imunitas

terhadap poliovirus• Tidak terbentuk kekebalan mukosal

Oral Polio Vaccine (OPV/Sabin)

• Mengandung ketiga serotipe• Dikultur pada sel Vero• Mengandung neomycin, streptomycin• Virus dapat ditemukan di feses selama 6 minggu

sesudah vaksinasi• Sangat efektif menimbulkan imunitas terhadap

poliovirus• Terbentuk kekebalan mukosal IgA• Imunitas mungkin seumur hidup• Dapat menimbulkan VAPP (vaccine-associated

paralytic poliomyelitis)

Aseptic Meningitis

• Merupakan akut meningitis• Virus penyebab:

– Poliovirus– Echovirus– Coxsackievirus– Mumps virus

BACK