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一、生物學性狀
(一)形態與染色
大小0.4～0.7×1～3um,無芽胞,大多數菌株有動力。有普通菌毛與性菌毛，有些菌株有多糖類包膜，革蘭氏陰性桿菌。
(二)培養特性
在血瓊脂平板上，有些菌株產生β型溶血。在鑒別性或選擇性培養基上形成有顏色、直徑2～3mm的光滑型菌落。
生化反應：大部分菌株發酵乳糖產酸產氣，并發酵葡萄糖、麥芽胞、甘露醇、木膠糖、阿拉伯膠等產酸產氣。IMViC試驗為“+、+、-、-”。即為典型大腸桿菌。
(三)抗原構造
較復雜，有O、K、H、F四種抗原。O抗原為脂多糖，已有171種，其中162種與腹瀉有關，是分群的基礎。K抗原有103種，為莢脂多糖抗原。從病人新分離的大腸桿菌多有K抗原，有抗吞噬和補體殺菌作用。根據耐熱性等不同，K抗原分為L、A、B三種，其中L、B不耐熱，有60種。F抗原至少有5種，與大腸桿菌的粘附作用有關、表明大腸桿菌血清型的方式是按O：K：H排列，例如O111：K58(B4)：H2。
(四)抵抗力
該菌對熱的抵抗力較其他腸道桿菌強，55℃經60分鐘或60℃加熱15分鐘仍有部分細菌存活。在自然界的水中可存活數周至數月，在溫度較低的糞便中存活更久。膽鹽、煌綠等對大腸桿菌有抑制作用。對磺胺類、鏈霉素、氯霉素等敏感，但易耐藥，是由帶有R因子的質粒轉移而獲得的。
二、致病性
(一)致病物質
1.定居因子(Colonization factor ,CF);也稱粘附素(Adhesin)，即大腸桿菌的菌毛。致病大腸桿菌須先粘附于宿主腸壁，以免被腸蠕動和腸分泌液清除。使人類致瀉的定居因子為CFAⅠ、CTAⅡ(Colonization factor antigen Ⅰ、Ⅱ)，定居因子具有較強的免疫原性，能刺激機體產生特異性抗體。
2.腸毒素：是腸產毒性大腸桿菌在生長繁殖過程中釋放的外毒素，分為耐熱和不耐熱兩種。
(1)大耐熱腸毒素(Heat labile enterotoxin, LT)：對熱不穩定，65℃經30分鐘即失活。為蛋白質，分子量大，有免疫原性。由A、B兩個亞單位組成，A又分成A1和A2，其中A1是毒素的活性部分。B亞單位與小腸粘膜上皮細胞膜表面的GM1神經節苷脂受體結合后，A亞單位穿過細胞膜與腺苷酸環化酶作用，使胞內ATP轉化cAMP。當cAMP增加后，導致小腸液體過度分泌，超過腸道的吸收能力而出現腹瀉。LT的免疫原性與霍亂弧菌腸毒素相似，兩者的抗血清交叉中和作用。
(2)耐熱腸毒素(Heat stable enterotoxin ,ST)：對熱穩定，100℃經20分鐘仍不被破壞，分子量小，免疫原性弱。ST可激活小腸上皮細胞的鳥苷酸環化酶，使胞內cGMP增加，在空腸部分改變液體的運轉，使腸腔積液而引起腹瀉。ST與霍亂毒素無共同的抗原關系。
腸產毒性大腸桿菌的有些菌株只產生一種腸毒素，即LT或ST；有些則兩種均可可產生。有些致病大腸桿菌還可產生vero毒素。
3.其他：胞壁脂多糖的類脂A具有毒性，O特異多糖有抵抗宿主防御屏障的作用。大腸桿菌的K抗原有吞噬作用。
(二)所致疾病
1.腸道外感染：多為內源性感染，以泌尿系感染為主，如尿道炎、膀胱炎、腎盂腎炎、上行性尿道感染多見于已婚婦女。也可引起腹膜炎、膽囊炎 、闌尾炎等。嬰兒、年老體弱、慢性消耗性疾病、大面積燒傷患者，大腸桿菌可侵入血流，引起敗血癥。早產兒，尤其是生后30天內的新生兒，易患大腸桿菌性腦膜炎。
2.急性腹瀉：某些血清型大腸桿菌能引起人類腹瀉。根據其致病機理不同，分為四種類型。
(1)腸產毒性大腸桿菌(Enterotoxigenic E. coli,ETEC)：引起嬰幼兒和旅游者腹瀉，出現輕度水瀉，也可呈嚴重的霍亂樣癥狀。腹瀉常為自限性，一般2～3天即愈。營養不良者可達數周，也可反復發作。致病因素是LT或ST，或兩者同時致病。有些菌株具有定居因子，常見者為O6：K15：H16、O25：K7：H42。鑒定ETEC主要測定大腸桿菌腸毒素，血清型有一定參考意義。
(2)腸致病性大腸桿菌(Enteropathogenic E.coli,EPEC):是嬰兒腹瀉的主要病原菌，有高度傳染性，嚴重者可致死；成人少見。細菌侵入腸道后，主要在十二指腸、空腸和回腸上段大量繁殖。切片標本中可見細菌粘附于絨毛，導致刷狀緣破壞、絨毛萎縮、上皮細胞排列紊亂和功能受損，造成嚴重腹瀉。EPEC不產生LT或ST。有人報道，EPEC可產生一種由噬菌體編碼的腸毒素，因對Vero細胞(綠猴腎傳代細胞)有毒性，故稱VT毒素。VT毒素的結構、作用與志賀氏毒素相似，具有神經毒素、細胞毒素和腸毒素性。鑒定EPEC可根據臨床表現與血清型。
EIEC的多數菌株無動力，生化反應和抗原結構均近似痢疾桿菌，應予注意。EIEC可引起豚鼠角結合膜炎，臨床上可藉此協助鑒定EIEC。
(4)腸出血性大腸桿菌(Enterohemorrhagic E.coli,EHEC):引起散發性或暴發性出血性結腸炎，可產生志賀氏毒素樣細胞毒素。EHCO的主要菌型是O157：H7，還可有O26、OⅢ等。
表025-1 引起急性腹瀉的大腸桿菌
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腸產毒性大腸桿菌 |
腸致病性大腸桿菌 |
腸侵襲性大腸桿菌 |
腸出血性大腸桿菌 |
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感染部位 |
小腸 |
小腸 |
大腸 |
大腸 |
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腹瀉類型 |
水瀉 |
水瀉 |
痢疾樣 |
血性腹瀉 |
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易感人群 |
嬰兒，成人 |
嬰兒 |
成人，兒童 |
各種年齡？ |
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分布 |
發展中國家(熱帶) |
世界各地 |
世界各地 |
北美、日本 |
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流行病學 |
散發或暴發嬰兒腹瀉及旅游者腹瀉 |
散發或暴發嬰兒腹瀉 |
散發或暴發，常見于年齡較大兒童 |
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致病機理 |
LT、ST 定居因子 |
細胞毒？ 定居因子 |
侵襲腸粘膜細胞 |
細胞毒？ |
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常見O血清型 |
6、8、15、20、25、27、78、148、159 |
2、26、44、55、86、111、114、119、125、126、127、128、142、146、158 |
28、29、112、124、136、143、144、152、164、167 |
O157：H7 |
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鑒定 |
測定LT、ST、檢出定居因子血清型 |
血清型與臨床表現 |
血清型測定細菌侵襲力 |
血清型 |
此外，腸粘附性大腸桿菌(Enteroadhesive E.coli,EAEC)也可引起腹瀉，但對其發病機理與血清型尚不了解。EAEC不侵入腸上皮細胞，不產生LT或ST，也無VT毒素。唯一特征是具有與Hep-2細胞(人喉上皮細胞癌細胞系)粘附的能力，故也稱Hep-2細胞粘附性大腸桿菌。
三、微生物學檢查法
(一)細菌的分離鑒定
1.標本：腸道外感染取中段尿、血液、膿液、腦脊液等，腹瀉者取糞便。
2.分離培養與鑒定：糞便標本直接接種腸道桿菌選擇性培養基。血液需先經肉湯增菌，再轉種血瓊脂平板。其他標本可同時接種血瓊脂平板和腸道桿菌選擇性培養基。37℃孵育18～24小時后，觀察菌落并涂片染色鏡檢。采用一系列生化反應進行鑒定。腸致病性大腸桿菌須先作血清學定型試驗。必要時檢定腸霉毒素。
泌尿系統除確定大腸桿菌外，還應計數，每毫升尿含菌量≥100，000時，才有診斷價值。
(二)衛生細菌學檢查
大腸桿菌不斷隨糞便排出體外，污染周圍環境和水源、食品等。取樣檢查時，樣品中大腸桿菌越多，表示樣品被糞便污染越嚴重，也表明樣品中存在腸道致病菌的可能性越大。故應對飲水、食品、飲料進行衛生細菌學檢查。
1.細菌總數：檢測每毫升或每克樣品中所含細菌數，采用傾注培養計算。我國規定的衛生標準是每毫升飲水中細菌總數不得超過100個。
2.大腸菌數指數：指每立升中大腸菌群數，采用乳糖發酵法檢測。我國的衛生標準是每1000ml飲水中不得超過3個大腸菌群；瓶裝汽水、果汁等每100ml大腸菌群不得超過5個。
四、防治原則
在腸產毒性大腸桿菌的免疫預防研究中，發現其菌毛抗原在自然感染和人工自動免疫中是一種關鍵性抗原。
治療可選用慶大霉素、丁胺卡那霉素等。
