革兰氏阳性菌

革兰氏阳性菌是指在革兰氏染色试验中呈紫色，即显示阳性结果的细菌。革兰氏染色是一种历史悠久的程序，通常用于根据细胞壁组成（包括厚度）将细菌分为两大类。

当细菌在染色试验中用结晶紫染料染色，如果细菌在光学显微镜下呈现紫色，那么它们就是革兰氏阳性菌。如果它们呈现粉红色，那么它们就是革兰氏阴性菌。呈现紫色的原因是，在脱色步骤完成后，样品洗涤后，结晶紫染料仍保留在细菌中。这是因为革兰氏阳性菌的细胞壁中存在厚的肽聚糖层。而另一方面，革兰氏阴性菌没有厚的肽聚糖层。因此，它们在脱色后无法保留结晶紫染料的染色。染料保留在细菌的外膜中。用于脱色的酒精会破坏外膜，使细胞壁更具渗透性，从而导致染料颜色丢失。在革兰氏阴性菌中，肽聚糖层并非完全不存在，而是细菌外膜和内细胞膜之间存在一层薄薄的肽聚糖层。由于没有外膜，革兰氏阳性菌被认为更容易受到靶向细菌细胞壁的抗生素的影响。相反，革兰氏阴性菌具有厚的外膜，并且对这些抗生素具有抵抗力。这层薄薄的肽聚糖层只能吸收复染剂，即藏红花或品红，因此在光学显微镜下它呈现红色或粉红色。除了肽聚糖层的厚度，革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的另一个区别是外膜的存在，外膜在革兰氏阳性菌中不存在，而在革兰氏阴性菌中存在。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁组成的这一主要区别对医疗从业者来说非常重要。

1884 年，汉斯·克里斯蒂安·革兰发明了染色程序。染色过程中使用的结晶紫染料被革兰氏阳性菌中存在的厚肽聚糖细胞壁保留。在显微镜下观察时，这个过程使革兰氏阳性微生物变成蓝色。颜色区分了革兰氏阳性菌染色时产生的颜色。尽管有外膜，革兰氏阴性微生物的肽聚糖层较弱，不含第一染色阶段使用的蓝色染料。细菌的形态也用于区分它们。球菌、杆菌和分支丝状细菌是革兰氏阳性菌的例子。

病因

葡萄球菌（过氧化氢酶阳性），形成簇状，和链球菌（过氧化氢酶阴性），形成链状，是两种革兰氏阳性球菌。葡萄球菌通过凝固酶阳性（金黄色葡萄球菌）和凝固酶阴性（表皮葡萄球菌和腐生葡萄球菌）葡萄球菌进行区分。化脓性链球菌（A组）、无乳链球菌（B组）、肠球菌（D组）、草绿色链球菌和肺炎链球菌是几种类型的链球菌。

革兰氏阳性杆菌（棒状）根据其产孢能力分为几组。李斯特菌和棒状杆菌是产孢杆菌，而芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌不是。诺卡氏菌和放线菌也包括在分支丝状杆菌中。产孢杆菌可以在环境中存活多年并产生孢子。

在比较革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌时，正如已经指出的那样，革兰氏阳性菌具有较厚的肽聚糖细胞壁。革兰氏阴性细胞壁中肽聚糖层的厚度约为 2 至 3 纳米。但是，它也被一个外脂双层膜覆盖，这是一个 20 至 80 纳米厚的聚合物。

特性

革兰氏阳性菌通常具有以下特性

1. 细胞质脂膜
2. 厚厚的肽聚糖层
3. 磷壁酸和脂质共存，形成脂磷壁酸，它们作为螯合剂，也负责某些形式的粘附。
4. 细菌酶 DD-转肽酶交联肽聚糖链以产生坚硬的细胞壁。
5. 革兰氏阳性菌的周质体积远低于革兰氏阴性菌。

只有少数物种含有荚膜，通常由多糖组成。只有少数物种有鞭毛，当它们有鞭毛时，它们只有两个基体环来维持它们，而革兰氏阳性菌有四个。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的表面都有一个 S 层。S 层与革兰氏阳性菌的肽聚糖层相连。革兰氏阴性菌的 S 层直接与外膜相连。细胞壁中磷壁酸的存在是革兰氏阳性菌独有的。例如，脂磷壁酸在细胞膜中含有一个脂质成分，这可能有助于结合肽聚糖。

分类

革兰氏染色与细胞形状一起，是区分细菌物种的快速方法。这种染色、生长要求和抗生素敏感性测试，以及其他形态和生理测试构成了细菌分类和细分的基础。

革兰氏阳性菌源自一个单一祖先，形成一个单系群。这是许多科学家质疑的问题，因为卡尔·沃斯及其在伊利诺伊大学的合作者和同事基于 16S 核糖体 RNA 系统发育分析所做的工作。沃斯根据 16S 序列的分子研究确定了十二个细菌门。其中两个是革兰氏阳性菌，它们的 DNA 根据鸟嘌呤和胞嘧啶的含量进行划分。放线菌门属于高 G + C 门，而厚壁菌门属于低 G + C 门。芽孢杆菌（低 G + C）的 GC 浓度为 45-60%，低于放线菌门。棒状杆菌、分枝杆菌、诺卡氏菌和链霉菌都属于放线菌门。

外细胞膜在细菌分类中的作用

尽管一直以来细菌都是根据革兰氏染色程序，即染料保留特性进行区分，但这种分类相当模糊。该分类涉及细菌的三个截然不同的方面：染色结果、包膜组织和分类群，这不一定能将某些细菌物种合并。染色程序导致形成了革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌这两大类不同的细菌。但这种分类相当不可靠，因为这两类细菌不形成系统发育群。相反，它们形成一个单系群，这意味着它们不像应有的那样多样化。

革兰氏阳性菌都由一个单层脂质膜分隔，该膜具有厚厚的肽聚糖层（20-80 纳米），可保留革兰氏染色。各种细菌都由单膜分隔，但由于缺乏肽聚糖层（如支原体）或由于细胞壁组成而未能保留革兰氏染色，它们会染成革兰氏阴性，并与革兰氏阳性菌密切相关。单皮层细菌是一个术语，用于描述由单个细胞膜分隔的细菌细胞。革兰氏阴性菌具有一个外细胞膜，围绕着细菌的质膜或细胞质膜，以及它们之间薄薄的肽聚糖层。这些细胞中存在内细胞膜和外细胞膜定义了周质空间，也称为周质区室。这些细菌被称为双皮层细菌。一些关键蛋白质中保守的签名插入缺失（即 DnaK、GroEL）强化了单皮层细菌和双皮层细菌之间的区别。单皮层细菌似乎是两种结构不同的细菌中更原始的一种。

根据已经完成的工作，据推测革兰氏阴性菌的外细胞膜已演变为保护性覆盖物，以保护细菌免受任何影响细胞膜的抗生素的影响，并增强其作为抗生素选择压力的保护机制。在这方面进行的另一个观察是，革兰氏阳性菌是抗生素的主要生产者，而革兰氏阴性菌对其对应物具有抵抗力。存在一些介于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间的细菌，例如奇异球菌，因为它们具有厚的肽聚糖层和外细胞膜。没有脂多糖的简单双皮层菌、外细胞膜中含有脂多糖的典型双皮层菌以及外细胞膜中含有分枝菌酸的双皮层菌是三种类型的双皮层菌。

异常

革兰氏阳性菌被称为单膜菌，因为它们的细胞膜中只有一个脂质双层，而革兰氏阴性菌被称为双膜菌，因为它们存在两个脂质双层。还有一些革兰氏细菌完全没有肽聚糖层，因此它们被称为革兰氏可变菌。

情况并非总是如此，因为奇异球菌-耐热菌显示革兰氏阳性染色，尽管它们有两层且结构上与革兰氏阴性菌相似。其他例外包括绿弯菌，它只有一层聚糖，但仍然是革兰氏阴性染色。

某些厚壁菌门物种不属于革兰氏阳性菌。这些包括缺乏肽聚糖且革兰氏不确定的柔膜菌纲（也称为柔壁菌门）成员，以及含有塞氏菌且为革兰氏阴性的阴性杆菌纲成员。

发病机制

传统意义上，有六个革兰氏阳性属在人类中常见致病。链球菌和葡萄球菌是两种类型的球菌（球形）。其余的微生物是杆菌（杆状细菌），可根据其产生孢子的能力进行分组。棒状杆菌和李斯特菌（一种球杆菌）不产生孢子，而芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌产生孢子。芽孢杆菌是兼性厌氧菌，而梭状芽孢杆菌是专性厌氧菌。因此，产孢细菌可以根据其呼吸方式再次划分。此外，三种引起植物病的革兰氏阳性分类群包括拉氏杆菌属、李夫氏菌属和棒状杆菌属。革兰氏阳性菌可感染新生儿，并引起严重甚至致命的疾病。香港嗜猫杆菌是一种属于厚壁菌门的病原体，是另一种新型具有临床意义的革兰氏阳性菌种。

细菌变态是指细菌的转化。转化是将遗传物质从一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞的过程。细菌已经设计了许多不同的转化方法。转化分为两大类；第一类是接合，其中遗传物质在连接两个细菌细胞的菌毛的帮助下转移。另一种方法是转导，其中细菌利用噬菌体病毒将细菌供体 DNA 注入受体宿主细菌中。在转导中，遗传物质的交换在载体的帮助下发生。这种技术也称为水平基因转移，因为它不是通过有性生殖过程跨代转移遗传物质，而是它们在任何两种细菌物种之间转移。

在转化过程中，遗传物质通过中间介质传播，吸收完全依赖于受体细菌。

截至 2014 年，已知约有 80 种细菌能够转化，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌大致各占一半；然而，这个数字可能被夸大了，因为有些发现是基于单一研究。

已对具有医学意义的细菌的转化进行了研究，包括肺炎链球菌、变形链球菌、金黄色葡萄球菌和血链球菌，以及枯草芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌等革兰氏阳性土壤细菌。

流行病学

根据 SCOPE 项目，数据是流行病学重要病原体的监测和控制。仅仅二十年，血流感染死亡率就上升了 78%。革兰氏阳性菌表现出广泛的生长和耐药模式。已有革兰氏阳性菌引起的感染记录。1995 年，这些细菌导致了所有血流感染的 62%，到 2000 年，感染率增加到 76%。另一方面，革兰氏阴性菌的感染率要低得多，1995 年为 22%，2000 年为 14%。

病理生理学

金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性、过氧化氢酶阳性、凝固酶阳性的球菌，呈簇状生长。金黄色葡萄球菌可引起多种炎症性疾病，如皮肤感染、骨髓炎、肺炎、心内膜炎和化脓性关节炎。由这种细菌引起的其他问题和疾病包括中毒性休克综合征、食物中毒和烫伤皮肤综合征，也称为剥脱性毒素。

表皮葡萄球菌是一种对新生霉素敏感的革兰氏阳性、过氧化氢酶阳性、凝固酶阴性的球菌，呈簇状生长。当表皮葡萄球菌感染任何假体设备和静脉导管时，会导致生物膜的形成。腐生葡萄球菌是阴道和会阴的典型菌群，对新生霉素具有抵抗力。这种细菌也是引起最常见的尿路感染的原因。

另一种革兰氏阳性菌是肺炎链球菌，它可引起中耳炎、脑膜炎、鼻窦炎和肺炎。它是一种柳叶刀形、有荚膜的双球菌。草绿色链球菌，包括变形链球菌和缓症链球菌，是口咽部天然菌群中存在的细菌属，可引起龋齿和亚急性细菌性心内膜炎（血链球菌）。

革兰氏阳性A组球菌化脓性链球菌可引起化脓性感染（咽炎、蜂窝织炎、脓疱疮、丹毒）、毒性感染（猩红热、坏死性筋膜炎）和免疫性感染（肾小球肾炎和风湿热）。化脓性链球菌感染通过ASO效价检测。无乳链球菌是一种定植于阴道且在新生儿中最常见的细菌。它是一种革兰氏阳性B组球菌。肠球菌是革兰氏阳性D组球菌，可引起胆道感染和尿路感染。它们主要存在于肠道菌群中。VRE（耐万古霉素肠球菌）是医院内医院感染的常见来源。

革兰氏阳性杆菌

破伤风梭状芽孢杆菌、肉毒梭状芽孢杆菌、产气荚膜梭菌和艰难梭菌是革兰氏阳性产孢杆菌。抗生素使用（克林霉素/氨苄西林）、PPI 使用和近期住院都是艰难梭菌的常见原因。最常见的治疗方法是口服万古霉素。

从加热的米饭孢子或未煮熟的食物中获得的细菌是蜡状芽孢杆菌，它会导致非血性腹泻、呕吐和恶心等疾病。蜡状芽孢杆菌是杆状细菌类别下的革兰氏阳性菌。另一种革兰氏阳性菌，也是一种产孢杆菌，是炭疽杆菌，它会导致溃疡。革兰氏阳性棒状杆菌白喉棒状杆菌可引起假膜性咽炎、心肌炎和心律失常。白喉通过类毒素疫苗预防。

单核细胞增生李斯特菌是一种革兰氏阳性杆菌，可能通过食用冷熟肉和未经巴氏消毒的奶制品以及分娩后的阴道传播感染。李斯特菌可能导致新生儿脑膜炎、免疫功能低下者脑膜炎、胃肠炎和败血症。治疗使用氨苄西林。

物理和历史背景

识别败血症患者并进行所需的血培养和实验室检查至关重要。

体征和症状包括 • 大疱性脓疱疮 • 引流窦道 • 红斑 • 发热 • 如果存在心内膜炎则有杂音 • 如果存在中毒性休克综合征则有瘀点 • 浅表脓肿。

求值

怀疑革兰氏阳性微生物感染后，这些实验室检查具有相关性

全血细胞计数 (CBC)；电解质；血培养；降钙素原水平；如果怀疑心内膜炎则进行超声心动图；如果怀疑感染性关节炎则进行关节穿刺

管理/治疗

亚历山大·弗莱明于 1928 年在第二次世界大战期间引入青霉素作为第一种抗生素。青霉素不覆盖葡萄球菌和肠球菌，主要用于治疗链球菌感染。葡萄球菌（MSSA）和链球菌是耐青霉素酶的微生物（萘夫西林、苯唑西林、氯唑西林、双氯西林）。哌拉西林和替卡西林是抗假单胞菌青霉素，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、假单胞菌和厌氧菌有效。碳青霉烯类药物覆盖革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和厌氧菌。

甲氧苄啶/磺胺甲恶唑、克林霉素和多西环素等口服药物用于治疗轻度至重度 MRSA 感染。值得注意的是，甲氧苄啶/磺胺甲恶唑会升高华法林水平，导致 INR 升高。社区获得性和医院获得性 MRSA 用万古霉素、利奈唑胺、达托霉素和替加环素治疗。万古霉素需要肾脏剂量，谷值为 15 至 20。如果患者对万古霉素过敏，利奈唑胺是一种替代药物。应定期监测 CBC，以最大程度地减少骨髓抑制、中性粒细胞减少、血小板减少和贫血。耐万古霉素肠球菌可用利奈唑胺、达托霉素或替加环素治疗。

鉴别诊断

• 菌血症 • 支气管扩张影像学 • 化学烧伤 • 腹泻 • 急诊医学中的电损伤 • 急性中耳炎 • 热烧伤 • 脓胸影像学
• 儿童和婴儿发热 • 无焦点发热 • 过敏性紫癜 • 医院感染 • 嵌甲 • 坏死性小肠结肠炎影像学

革兰氏阳性菌感染后的预后，预后各不相同。老年人的死亡率最高，因为他们的免疫系统减弱，生理储备较少。

提高医疗团队绩效

为了用选定的抗生素正确治疗患者，医生、护士和药剂师等医护专业人员必须了解危险因素。药剂师必须仔细监测万古霉素谷值，以降低金黄色葡萄球菌患者的死亡率。他们还必须检查药物的剂量和相互作用，并教育患者完成所有开具的抗生素的重要性。感染控制护士评估医院感染并制定适当的规定。跨专业方法将带来最佳结果。

成果

通过筛查耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 危险因素，可改善感染管理。所有 MRSA 危险因素包括 65 岁以上患者、尿导管、过去三个月内接受过抗生素治疗、创伤以及从长期医院入院的患者。