Patogenese
Clostridium tetani producerer to exotoxiner, tetanolysin og tetanospasmin.10,70,71 Tetanolysin er et iltfølsomt hæmolysin, der er beslægtet med streptolysin og θ-toksin fra Clostridium perfringens. Det kan spille en rolle i etableringen af infektion på inokulationsstedet, men det har ingen anden kendt rolle i sygdommens patogenese.85 Tetanospasmin, kaldet tetanustoksin, er det neurotoksin, der forårsager tetanusmanifestationerne. Toksinet er et protein, der produceres intracellulært i den logaritmiske fase af bakterievæksten og frigives ved autolyse. Generne for tetanustoksin og dets transkriptionelle regulator findes på et plasmid.86-88 De observerede forskelle i C. tetani-referencestammens toksigenicitet er relateret til heterogenitet i de kloner, som stammerne består af; lavere toksigenicitet er resultatet, når der er blandinger af organismer med og uden plasmidet.89
Tetanustoksin har en omtrentlig molekylvægt på 150.000 kDa og syntetiseres som en enkelt polypeptid prototoxinkæde. Når prototoxinet frigives ved celledød, spaltes det af bakterie- eller vævsproteaser til sin aktive form, der består af en 50.000 kDa let kæde, det giftige domæne, og en 100.000 kDa tung kæde med to domæner, der er relateret til membranbinding og translokation. De lette og tunge kæder holdes sammen af en enkelt disulfidbinding; en anden disulfidbinding forbinder to steder i den tunge kæde.90-92 De tre forskellige domæner af toksinet er relateret til de separate trin af neuronreceptorbinding, internalisering, intraaxonal transport, translokation til membranen og enzymatisk aktivitet i målet. Den carboxy-terminale ende af den tunge kæde (HC eller fragment C) binder til receptorsteder og er nødvendig for internalisering ved endocytose;93 den amino-terminale ende (HN) af den tunge kæde medierer intra-axonal transport og, i centrale interneuroner, translokation af toksinmolekylet ind i neuronal cytosol.92,94,95 Den lette kæde er en endopeptidase, der er ansvarlig for tetanospasmens specifikke toksiske egenskaber (omtalt senere).92,96
Tetanustoksin er et af de mest potente kendte giftstoffer på vægtbasis på grund af dets absolutte neurospecificitet og enzymatiske funktion på virkningsstedet.96 Så lidt som 1 ng/kg vil dræbe en mus; 0,3 ng/kg vil dræbe et marsvin.97 Den anslåede mindste dødelige dosis for mennesker er mindre end 2,5 ng/kg.97 Forskellige arter har forskellige niveauer af reaktionsevne over for toksinet: katte, hunde, fugle og poikilothermer er relativt resistente over for dets virkninger; mus, marsvin, aber, får, geder og især heste er følsomme. Humeau og kolleger beskrev beviser for, at disse forskelle er resultatet af specifikke forskelle i toxinbinding og neurotransmitterblokerende aktivitet.98
Infektion begynder normalt med inokulering af sporer i sår, ledsaget af vævsskade, nekrose og de anaerobe forhold, der er nødvendige for sporkimning og bakteriel replikation. Ionisk calcium synes at øge lokal nekrose og sandsynligheden for C. tetani-infektion; dets tilstedeværelse i jord, der kontaminerer sår, kan øge sporkimning og bakteriel replikation.99
Transporten af toksin fra det inficerede sted til CNS er kompleks (Figur 33-2). Efter ekstracellulær frigivelse diffunderer toksinet til neuromuskulære junktioner af α-motoriske neuroner i tilstødende muskelvæv eller til lymfesystemet, som transporterer toksinet til blodbanen, hvilket fører til systemisk spredning og udbredt optagelse10,100 . Toksinet kommer ind i α-motoriske neuroner via en sekventiel bindingsproces med dobbeltreceptor-sekvens, der involverer specifikke polysialgangliosider og muligvis glykoproteiner i lipid raft-mikrodomæner, efterfulgt af internalisering ved clathrin-medieret endocytose.95,101-107 Når toksinet er internaliseret, transporteres det af et specifikt retrograd axonalt transportsystem til motorneuronets cellekrop med en hastighed på 3 til 13 mm/time.96,106,108-111 Mekanismen for dets frigivelse i sammenhængende synaptiske forbindelser er uklar.96,102,106 Indtrængen i tilstødende inhiberende interneuroner i CNS sker via synaptisk vesikelgenoptagelse (genbrug), hvorved toksinet binder sig til synaptisk vesikelmembranprotein SV2 og endocyttes i det synaptiske vesikellumen.106,108,112,113
Når den lette kæde er inde i en hæmmende neuron, overføres den lette kæde til den neuronale cytosol ved membrantranslokation gennem en kanal, der er skabt i vesikelmembranen af den amino-terminale del af HC-delen af toksinmolekylet. I cytosolen brydes disulfidbindingen mellem den tunge og den lette kæde, hvorved den lette kæde frigøres og kan påbegynde sin toksiske enzymatiske aktivitet.96,102,113 Den lette kæde er en zink-endoprotease, der kløver peptidbindinger i synaptobrevin, et synaptisk vesikelprotein, der er nødvendigt for vesikelfusion med plasmamembranen. Uden intakt synaptobrevin ophobes synaptiske vesikler ved nerveenderne og er ude af stand til at frigive deres indhold af de hæmmende neurotransmittere glycin eller γ-aminobuttersyre (GABA).83,96,114-116 Når hæmningen er blokeret, fører øgede excitatoriske neuroners baselinefyringshastigheder til muskelstivhed, efterfulgt af multiplikation af ukontrollerede excitatoriske reflekser, der forårsager karakteristiske tetaniske spasmer og, mindre almindeligt på cerebralt niveau, kramper.1,10,92,117-119
Tetanustoksin krydser ikke blod-hjernebarrieren100; neuronal transport er det eneste middel til at komme ind i CNS.10,120-122 Transynaptisk transport af intakt toksin muliggør overførsel til hæmmende neuroner i rygmarven og bredere spredning i CNS. Genoprettelse kan afhænge af nye funktionelle forbindelser eller toksinnedbrydning.123-125
Tetanospasmin kan virke på de perifere neuromuskulære knudepunkter, rygmarven, hjernen og det sympatiske nervesystem.10,29-32,95,118,119 Ved lokal tetanus sker transporten af toksin fra det neuromuskulære knudepunkt i den angrebne muskel uden hæmatogen spredning; den fremherskende effekt er på spinal glycinergisk hæmmende neuroner.1,126 Ved generaliseret tetanus muliggør hæmatogen spredning af toksin en mere udbredt optagelse ved neuromuskulære knudepunkter; den fremherskende effekt er på de GABAergiske supraspinale hæmmende neuroner.1,126 Det kliniske syndrom forekommer næsten identisk med strykninforgiftning, som virker ved at binde sig kompetitivt til postsynaptiske glycinreceptorer på de motoriske neuroner.127 Tetanospasmin har også vist sig at forstyrre frigivelsen af en række andre neurotransmittere, herunder acetylcholin i perifere somatiske og autonome nerver.98,113 Dette forklarer autonom dysfunktion i tilfælde af alvorlig sygdom, slap kranienervelammelse ved cefalisk tetanus og perifer muskelsvaghed, som ofte er maskeret af de mere dramatiske manifestationer af den centrale hæmmende blokade. Mere detaljerede oplysninger om tetanustoksin kan findes i nyere oversigter.92,96,98,102,106,128