厌氧菌

细菌满足能量需求的方式反映在它们对氧气的需求上。专性厌氧菌不进行氧化磷酸化。厌氧细菌对氧气敏感，因为它们没有过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等酶。这些酶帮助细菌在有氧代谢过程中解毒氧气和过氧化物的自由基。厌氧呼吸的例子有发酵和糖酵解。

糖酵解和发酵是厌氧呼吸的例子。这些酶在有氧代谢过程中解毒过氧化物和氧自由基。NADH（在糖酵解过程中产生）在过程的最后阶段通过失去氢而转化回NAD。

当向丙酮酸添加氢离子时，会形成大量代谢产物。这些产物取决于不同的细菌种类。根据对氧气的需求，细菌可以分为不同的组别。它们如下所示 -

当氢气被添加到丙酮酸中时，会形成许多代谢终产物，具体取决于细菌种类。根据对氧气的需求，细菌可以分为以下几组：

1. 需氧菌：需氧细菌是在有氧条件下生长的细菌种类。它们周围的氧气含量约为21%，二氧化碳含量极少。
2. 专性需氧菌：为了生长，它们必须持续接触氧气。（结核分枝杆菌，铜绿假单胞菌）
3. 专性厌氧菌：这些细菌只能在低氧、高还原强度的环境中生长。产气荚膜梭菌和肉毒杆菌是两种梭菌。
4. 兼性厌氧菌可以在有氧和无氧环境中生长。金黄色葡萄球菌属于肠杆菌科。
5. 耐氧厌氧菌是暴露在氧气下不会死亡的厌氧细菌。
6. 嗜二氧化碳细菌需要较高的二氧化碳浓度（5%到10%）和大约15%的氧气。可以使用蜡烛罐（3%二氧化碳）或二氧化碳培养箱、罐或袋来制造这种情况。（淋病奈瑟菌，流感嗜血杆菌）。
7. 微需氧菌：微需氧菌是可以在低氧水平（5-10%）和高二氧化碳水平（8%到10%）环境中生长的细菌。较高的氧气压力可能会抑制它们。可以使用专门设计的罐子或袋子来制造这种气氛。由于强大的防御系统，需氧细菌可以在氧气存在下生存。生物体中的关键酶系统在没有这些保护的情况下无法运作，生物体就会死亡。

另一方面，有些细菌种类在有氧的情况下无法生存，因为它们没有那个不同的系统。这些细菌种类被称为专性厌氧菌。细菌解毒超氧化物和过氧化氢的能力与它们的氧耐受性有关，超氧化物和过氧化氢是在有氧呼吸中产生的。在有氧条件下，葡萄糖吸收导致产生一种称为超氧化物（O2）的自由基。超氧化物转化为氧气和过氧化氢是由一种称为超氧化物歧化酶的酶进行的。在此过程中产生的过氧化氢对细胞毒性很大，它在过氧化氢酶的帮助下转化为水和氧气。

梭菌属

梭菌

破伤风梭菌是一种革兰氏阳性杆菌，带有末端孢子。它可以在土壤、灰尘和动物粪便中找到。伤口污染（提供厌氧条件）可能导致孢子萌发和破伤风，这是一种罕见但致命的疾病。破伤风也被称为“锁颌”，因为患者因肌肉麻痹而无法张开嘴。当孢子（存在于土壤、粪便或唾液中）进入伤口或擦伤时，它们会萌发并产生破伤风毒素，从而引起感染。由于该生物体是非侵入性的，它会留在伤口中。

破伤风痉挛毒素是一种外毒素，与大脑抑制性神经元上的神经节苷脂受体结合。毒素的作用是阻止抑制性神经递质（甘氨酸和γ-氨基丁酸）的释放，导致广泛的破伤风样肌肉痉挛。

这通过中断神经冲动向肌肉的传输导致痉挛性麻痹。该毒素可以影响周围运动神经的末端板、大脑、脊髓和交感神经系统。它通过轴突和突触连接传播，然后到达中枢神经系统。由于抑制性神经元的参与，肌肉收缩没有受到阻碍。最常见的破伤风类型是全身性破伤风，它会导致锁颌（牙关紧闭）。

头痛性破伤风是一种非常罕见的疾病，影响中耳。它有可能影响颅神经。在这种情况下，患者会出现苦笑的表情，因为下颌肌肉变得紧张，吞咽或张开嘴都非常困难。局部破伤风也很罕见，因为它会在感染部位引起局部肌肉痉挛。

产气荚膜梭菌是一种由产气荚膜梭菌引起的细菌感染，也称为气性坏疽。

它是一种革兰氏阳性杆状细菌，可引起伤口定植。入侵后，细胞中会产生几种参与组织降解的酶。这些酶的例子是蛋白水解酶和糖解酶。

结果是血管和周围组织，特别是肌肉（肌坏死是一种肌肉组织坏死性损伤）的坏死和破坏。这在附近组织中产生厌氧环境，允许生物体在全身传播。

肉毒杆菌毒素（肉毒中毒）

肉毒梭菌引起一种危险的麻痹性疾病。细菌引入的毒素附着在外周神经的受体上。此时，神经递质乙酰胆碱受到影响，神经冲动被阻断。所有这些影响导致瘫痪，在极端情况下甚至导致个体死亡。尽管该生物体不在胃中繁殖，但灭菌不充分的罐头食品可能含有先前孢子萌发（通常在家中）形成的预制外毒素。这种情况发生率不高，但由于如果不及时适当治疗死亡率很高，因此引起了极大的关注。可以通过采用旨在阻止肉毒梭菌生长的食品保存技术来避免肉毒中毒。毒素不耐热，可以通过加热到80°C持续10分钟或更长时间来消除。例如，低酸（pH > 4.4）罐头食品在121°C下热处理3分钟（“肉毒中毒烹饪”）或类似处理。

艰难梭菌（假膜性结肠炎）

这种细菌是人类许多肠道疾病的致病微生物，如抗生素相关性腹泻、结肠炎和假膜性结肠炎。这些疾病是由艰难梭菌在结肠中过度生长引起的，这通常发生在抗菌治疗破坏了正常的肠道微生物生态后。

艰难梭菌感染很少影响身体健康的人。需要长期使用抗生素的各种疾病患者和老年人最易受影响。最近接受过胃肠道手术、患有严重潜在疾病或免疫功能受损的人也处于危险之中。艰难梭菌产生两种毒素。

毒素A被归类为肠毒素，因为它会导致肠道积液。毒素B是一种细胞病变毒素，毒性极强。

实验室中的厌氧菌诊断

厌氧菌通常位于身体的某些部位，但当它们进入通常无菌的体液或供氧不足的深层组织时，它们会引起严重的疾病。厌氧菌可以在皮肤裂缝以及鼻子、口腔、喉咙、肠道和阴道中发现。这些细菌进入身体无菌部位的主要原因是通过组织损伤。这些损伤可能是割伤、创伤或任何穿刺伤口，这些伤口通常靠近粘膜，允许细菌进入体内，随后引起感染。孢子进入通常无菌的环境是厌氧感染的第二个原因。

产孢厌氧菌生活在土壤和水中，孢子可以通过伤口传播，特别是穿刺伤口。厌氧感染在免疫功能低下的人群、最近接受过广谱抗生素治疗的人群以及在粘膜上或附近有腐烂组织损伤的人群中尤其常见，尤其是当该部位有异味时。厌氧菌的鉴定极其困难，实验室可能会使用各种方法。通过生物体的菌落和微观形态来识别它们。

厌氧菌感染标本的采集

有效保存厌氧细菌培养的关键要求是采集无污染的样品，然后将其保存在无氧环境中。在采集过程中，应确保培养物不被周围的皮肤、组织或粘膜污染。细菌培养物应从非常合适的部位获取。由于棉纤维不适合厌氧细菌，因此在采集厌氧培养标本时应避免使用棉签。可以使用无菌注射器代替棉签采集样品，但应注意，它应足够紧密以防止空气进入。最后，在储存组织样品时，应注意通过将组织样品放入脱气袋或紧密密封的已排气小瓶（已含有无氧预还原培养基）中来防止空气进入。应尽快将样品涂布到培养皿中。

厌氧菌的革兰氏染色

革兰氏阳性厌氧菌

以下是革兰氏阳性厌氧菌的例子

• 放线菌是一种真菌（头部、颈部、盆腔感染；吸入性肺炎）
• 双歧杆菌（耳部感染、腹部感染）
• 艰难梭菌（气性坏疽、食物中毒、破伤风、假膜性结肠炎）
• 消化链球菌（口腔、呼吸道和腹腔内感染）
• 丙酸杆菌是一种细菌（分流感染）

破伤风梭菌是一种革兰氏阳性、有动力的产孢细菌。该生物体在膨胀的孢子囊内产生末端孢子，使其呈现鼓槌状。尽管具有革兰氏阳性细胞壁，但该细菌可以染成革兰氏阴性或革兰氏可变细胞，尤其是在老年细胞中。

肉毒梭菌是一种大型、革兰氏阳性、产孢、有动力的杆状厌氧细菌。

厌氧细菌的培养

厌氧细菌培养是从临床样本中培养厌氧菌的方法。有些细菌只能在没有氧气的情况下生存。这些细菌被称为专性厌氧菌。即使是短至10分钟的暴露在空气中也足以杀死它们。然而，一些厌氧菌物种可以忍受少量的氧气。这些细菌被认为可以在有氧和无氧条件下生存，被称为兼性厌氧菌。在培养过程中会采用不同的技术和程序，以确保细菌不暴露在氧气中。

被称为专性厌氧菌的细菌只能在没有氧气的情况下生存。当被迫厌氧菌暴露在空气中短短10分钟时，它们就会被摧毁。有些厌氧菌能耐受少量氧气。能在有氧或无氧条件下生长的生物体被称为兼性厌氧菌。为了确保生物体免受氧气的侵害，会执行获取厌氧培养标本和培养过程的技术。

培养样本必须由医护人员以无菌方式获取。厌氧菌可以在粘膜和其他部位找到，包括阴道和口腔。

厌氧生长培养基

为了开始生长，大多数严格厌氧菌需要无氧和低于-300mV的氧化还原电位，这只能通过在培养基中添加还原剂来实现。硫代乙酸肉汤是一种多用途、增强型差异培养基，主要用于评估微生物的氧气需求。培养基中的硫代乙酸钠消耗氧气，允许专性厌氧菌生长。这与氧气从肉汤顶部扩散结合，导致培养基在不同深度具有不同的氧气浓度。一种氧化还原敏感染料，如刃天青，在有氧存在时会变成粉红色，指示特定水平的氧气含量。

还原性培养基减少环境中的分子氧（O2），这可能会干扰厌氧菌的生长。硫代乙酸盐与培养基中溶解的氧气反应以消耗它。非选择性血琼脂加上以下列出的一种或多种选择性培养基用作接种厌氧标本的主要平板培养基。

在厌氧菌学中，使用非选择性培养基

1. 厌氧血琼脂：厌氧血琼脂是分离兼性厌氧菌和厌氧菌的非选择性培养基。
2. 蛋黄琼脂（EYA）：对梭菌属和梭杆菌属卵磷脂酶和脂肪酶的合成非选择性。
3. 熟牛肉肉汤：用于厌氧菌培养的非选择性培养基；可与葡萄糖进行气液色谱分析。
4. PYG（蛋白胨-酵母提取物葡萄糖肉汤）：用于厌氧菌气液色谱培养的非选择性培养基。

在厌氧菌学中，使用选择性培养基和鉴别培养基

1. BBE：也称为类杆菌胆汁七叶苷琼脂。它对脆弱拟杆菌属群的选择性和特异性使其有助于推断性鉴定。
2. 湖水卡那霉素-万古霉素血琼脂（LKV）：这种琼脂对普雷沃氏菌属和拟杆菌属的分离具有偏向性。
3. 厌氧苯乙醇琼脂（PEA）：抑制革兰氏阴性杆菌和某些梭菌的扩散。
4. 环丝氨酸头孢西丁果糖琼脂（CCFA）：它是一种艰难梭菌选择性琼脂。
5. 硫代乙酸盐肉汤：对厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌的培养非选择性。

厌氧细菌需要特殊的培养程序 -

蜡烛罐

微需氧菌是一种需要氧气才能生长的微生物，但仅限于氧气水平低于大气（20%浓度）的环境。

由于它们需要高浓度的二氧化碳，因此许多微生物也是嗜二氧化碳菌。它们可以很容易地在实验室的蜡烛罐中培养。蜡烛罐是一个容器，里面放着一根点燃的蜡烛，然后盖上密封的盖子。蜡烛的火焰会燃烧，直到因缺氧而熄灭，使罐子里充满富含二氧化碳但缺氧的环境。蜡烛罐培养需要较高二氧化碳浓度（嗜二氧化碳菌）的微生物。蜡烛罐会提高二氧化碳水平，同时为需氧嗜二氧化碳菌留下一些氧气。许多实验室还可以直接获取二氧化碳，并可以直接将所需的二氧化碳水平添加到培养微需氧菌的培养箱中。

气体包

气体包也可以产生二氧化碳，并且通常用于代替蜡烛罐。该包中包含培养皿和二氧化碳发生器。发生器被粉碎以混合化学物质并开始二氧化碳生产过程。这种气体将袋中的氧气含量降低到约5%，并将二氧化碳浓度增加到约10%。

厌氧罐

可以使用厌氧罐或厌氧室来孵化培养皿。通过将碳酸氢钠和硼氢化钠与少量水混合来产生二氧化碳和氢离子。为了去除氧气，罐中的钯催化剂与罐中的氧气和氢离子发生反应。

生物方法

为了创造厌氧条件，可以使用生物技术。在有氧环境中培养用蜡或石蜡密封的培养皿。将待检查的物质注射到培养皿固体培养基的一半中。而另一半则感染粘质沙雷氏菌，这是一种厌氧细菌，能够通过消耗氧气来创造厌氧环境。