(一)發病原因
1.分類 霍亂的病原為霍亂弧菌(Vibrio cholerae)，霍亂弧菌是一種能運動的彎曲呈弧形的革蘭陰性菌。根據細胞壁表麵抗原成分，該病原菌被分成139個血清群，其中僅O1與O139可引起霍亂流行。WHO腹瀉控製中心根據弧菌的生化性狀，O抗原的特異性和致病性等不同，將霍亂弧菌分為三群。
(1)O1群霍亂弧菌：包括古典生物型霍亂弧菌(vibrio cholerae classical biotype，CVC)和埃爾托生物型霍亂弧菌(vibrio cholerae E1 Tor biotype，EVC)。前者是19世紀從患者糞便中分離出來的弧菌;後者為20世紀初從埃及西奈半島埃爾托檢疫站所發現的溶血弧菌。本群霍亂弧菌是霍亂的主要致病菌。
(2)非O1群霍亂弧菌：本群弧菌鞭毛抗原與O1群相同，而菌體(O)抗原則不同，不被O1群霍亂弧菌多價血清所凝集，又稱為不凝集弧菌(non-agglutinable group vibrio，NAG vibrio)。本弧菌根據O抗原的不同，可分為137個血清群(即O2～O138)，其中一些弧菌能產生類霍亂腸毒素的毒素，而另一些則產生類似大腸杆菌耐熱腸毒素，因此少數血清群亦能引起胃腸炎。以往認為非O1群霍亂弧菌僅引起散發的胃腸炎性腹瀉，而不引起暴發流行，因而此類弧菌感染不作霍亂處理。但1992年在印度和孟加拉等地發生霍亂暴發流行，後經證實此流行菌群不被O1群霍亂弧菌和137個非O1群霍亂弧菌診斷血清所凝集，並非以往所確認的138個血清群，而是一種新的血清群。Shimada等命名為O139群霍亂弧菌，而且認為它有可能取代O1群霍亂弧菌蔓延到世界各國，尤其是亞、非、拉美各國和地區，這些流行可能標誌著第八次霍亂大流行的開始。O139瑚群霍亂弧菌至今隻有一個血清型，由於所分離的新菌株來自沿著孟加拉海灣的城市，故又稱為Bengal型，目前這些命名已被“國際腹瀉疾病研究中心”所認可。晚近報道，發現O27，O37，O53及O65血清群均有O1的基因主鏈，他們各自擁有不同的致病基因，O53和O65具有埃爾托弧菌致病基因簇，對非O1非O139血清群的潛在致病性的研究表明，應當關注這些血清群將來可能會導致新的霍亂暴發流行。
(3)不典型O1群霍亂弧菌：本群霍亂弧菌可被多價O1群血清所凝集，但本群弧菌在體內外均不產生腸毒素，因此沒有致病性。
2.形態及染色 霍亂弧菌是革蘭染色陰性，呈弧形或逗點狀杆菌。一般長1.5～3.0μm，寬0.3～0.4μm，菌體尾端有一鞭毛，運動活潑，在暗視野懸滴鏡檢可見穿梭狀運動。患者糞便直接塗片可見弧菌縱列呈“魚群”樣。O139霍亂弧菌為革蘭陰性弧菌，不具備非O1群霍亂弧菌138個血清群的典型特征，該菌長2～3μm，寬0.5μm，菌體單端有一根鞭毛。
3.培養特性 霍亂弧菌在普通培養基中生長良好，屬兼性厭氧菌。在堿性環境中生長繁殖快，一般增菌培養常用pH8.4～8.6的1%堿性蛋白腖水，可以抑製其他細菌生長。O139霍亂弧菌能在無氯化鈉和30g/L氯化鈉蛋白腖水中生長，而不能在80g/L氯化鈉濃度下生長。在硫代硫酸鹽檸檬酸鹽膽鹽蔗糖瓊脂培養基(TCBS)平板上菌落呈黃色，在TTG平板上菌落呈淺灰色，菌落中有黑心。
4.生化反應 O1群霍亂弧菌和非典型O1群霍亂弧菌均能發酵蔗糖和甘露糖，不發酵阿拉伯糖。非O1霍亂弧菌對蔗糖和甘露糖發酵情況各不相同。此外埃爾托生物型能分解葡萄糖產生乙酸甲基甲醇(即VP試驗)。O139霍亂弧菌能發酵葡萄糖、麥芽糖、蔗糖和甘露糖，產酸不產氣，不發酵肌醇和阿拉伯糖。氧化酶試驗和明膠試驗呈陽性，靛基質試驗陽性，對綿羊紅細胞溶血試驗結果不定( /-)，對多黏菌素(50u)、複方磺胺甲噁唑和DADP(二磷酸脫氧腺苷)(50和150g)不敏感，雞紅細胞凝集試驗陽性，對O1群霍亂弧菌Murkherjee的IV和V型噬菌體不敏感。
5.抗原結構 霍亂弧菌有耐熱的菌體(O)抗原和不耐熱的鞭毛(H)抗原。H抗原為霍亂弧菌屬所共有;O抗原特異性高，有群特異性和型特異性兩種抗原，是霍亂弧菌分群和分型的基礎。群的特異性抗原可達100餘種。O1群弧菌型的特異性抗原有A，B，C三種，其中A抗原為O1群弧菌所共有，A抗原與其他B或C抗原相結合則可分為三型。小川型(異型，Ogawa)含AB抗原;稻葉型(原型，Inaba)含AC抗原;彥島型(中間型，Hikojima)含A，B，C三種抗原。霍亂弧菌所含的BC抗原可以因弧菌的變異而互相轉化，如小川型和稻葉型之間可以互相轉化。O139群霍亂弧菌對O1群霍亂弧菌的多價診斷血清不發生交叉凝集，與O1群霍亂弧菌特異性的A，B及C因子單克隆抗體也不發生反應。霍亂弧菌能產生腸毒素、神經氨酸酶、血凝素，菌體裂解後能釋放出內毒素等。其中霍亂腸毒素(cholera toxin，CT)在古典型、埃爾托生物型和O139霍亂弧菌均能產生，且互相之間很難區別。CT是一種不耐熱的毒素，56℃ 30min即被破壞。在弧菌的生長對數期合成並釋放於菌體外。O1群霍亂弧菌和非O1群霍亂弧菌腸毒素的抗原特異性大致相同。CT是由兩個亞單位非共價結合的多聚體活性蛋白質，A亞單位分子量為27.2×103，由240個氨基酸組成，含18個氨基酸信號肽，在成熟過程中由蛋白水解酶缺刻成A1(分子量為21.8×103，由194個氨基酸組成)和A2(分子量為500，由53個氨基酸組成)，彼此以二硫鍵相連。B亞單位分子量為11.6×103，由103個氨基酸組成，其分泌信號肽為21個氨基酸。CT-B由五個寡聚體組成，含六個肽段(CTP1～CTP6，其中(CTP3有重要的生物活性)。腸毒素具有免疫原性，經甲醛處理後所獲得的無毒性霍亂腸毒素稱為類霍亂原(choleragenoid)，免疫人體後其所產生的抗體，能對抗CT的攻擊。神經氨酸酶是霍亂弧菌分泌多糖複合物中的一種酶，其活性可被神經氨酸酶抗體IgG所中和，神經氨酸酶結構基因產物分子量為76×103的蛋白質，N端有24個氨基酸分泌信號肽，推測其功能在於促進CT與受體結合能力，從而提高細菌菌株的毒力。血凝素根據排列模式分為兩種，一種是與細胞相連的，另一種為可溶性血凝素(SHA)，精製SHA在電鏡下呈長絲狀多聚體，它是一種含鋅離子的金屬肽鏈內切酶，其活性被螫合物zincor(抑製含鋅蛋白酶活性的氧酸衍生物)抑製，在恢複期，患者SHA滴度可升高，抗體特異性地抑製霍亂弧菌的血凝及黏附，但對動物不顯示保護作用，也殺滅弧菌活性。霍亂弧菌可產生溶血素，埃爾托型產生不耐熱溶血素，分子量為20×103，是單體蛋白，除有溶血活性外，尚有細胞毒、心髒毒及致死毒。霍亂弧菌有菌毛結構，古典型菌株有A，B，C三種菌毛，埃爾托型僅產生B型及C型菌毛。A型菌毛的表達與霍亂弧菌腸毒素同時受。ToxR調節，命名為毒素協同調節菌毛(toxin coregulated pilus，Tcp)。Tcp菌毛基因合成至少有九個基因參與產生Tcp合成時所需的酶，由Tcp A～Tcp I，其中主要是Tcp A，Tcp G與定居有關，被稱為“定居因子”。Tcp B，Tcp I與蛋白質調節有關，Tcp H為決定菌毛長度的蛋白質，其他基因的作用尚在研究中。O139血清群霍亂弧菌可產生與O1群霍亂弧菌產生的霍亂腸毒素(CT)相似的毒素，O139血清群霍亂弧菌與從O1群霍亂菌分離的特異性et基因探針和ZOT基因探針的雜交結果為陽性。但與非O1群霍亂弧菌分離的耐熱腸毒素(ST)特異性基因探針雜交結果為陰性。O139血清群霍亂弧菌產生霍亂樣毒素的產量為80ng/ml或更高。可以被特異性IgG抗體和抗CT多克隆抗體中和，這種霍亂樣毒素對YI腎上腺細胞的作用與CT一致，用CT基因操縱子特異性引物，以PCR方法可以從O139群霍亂弧菌菌株基因組中擴增出毒素基因。霍亂樣毒素在家兔腸段結紮試驗中可引起腸段積液，產生和O1群霍亂弧菌相似的水性腹瀉。
6.抵抗力 霍亂弧菌對幹燥、加熱和消毒劑均敏感。一般煮沸1～2min可殺滅。0.2%～0.5%的過氧乙酸溶液可立即殺死。正常胃酸中僅能存活5min。但在自然環境中存活時間較長，如在江、河、井或海水中埃爾托生物型霍亂弧菌能生存1～3周，在魚、蝦和介殼類食物中可存活1～2周。Islam認為O139霍亂弧菌在水中存活時間較O1群霍亂弧菌長。Albert經過詳細研究，將O139霍亂弧菌的病原特征綜合如下：①為革蘭陰性彎曲杆菌，大小(2～3)μm×0.5μm，單端鞭毛;②O1群霍亂弧菌抗血清不能製動;③在TCBS平板上菌落黃色，TTG A上呈灰色，不透明，中心黑色;④氧化酶、明膠酶試驗陽性;⑤發酵葡萄糖、麥芽精、蔗糖、甘露糖，但不產氣，不發酵肌醇及阿拉伯糖;⑥賴氨酸、鳥氨酸脫氫酶陽性，精氨酸脫氫酶陰性;⑦能產生吲哚;⑧在無氯化鈉或3%氯化鈉條件下生長，而8%氯化鈉條件下不生長;⑨使羊紅細胞溶血，雞紅細胞凝集試驗陽性;⑩對多黏菌素B、複方磺胺甲噁唑及對氯苯(O139群霍亂弧菌抑製劑，10μg和150μg)有抗性;?對Murkherjee第和Ⅴ組噬菌體不裂解;?對四環素、氨苄西林、紅黴素、環丙沙星敏感。
7.霍亂弧菌分型 應用最廣的分型方法是O血清分型。目前霍亂弧菌根據O抗原不同已分為155個血清群，隻有O1群CVC、EVC和O139群能引起大流行，這主要是由於其含有CT和菌毛等毒力因子，分別由CT基因簇及TCP等毒力基因編碼，流行株與非流行株的區別就在於其產生毒力的區別(流行株一定是毒力株)。O1群和O139均能產生霍亂腸毒素，並含有相應的毒力基因，因此均能引起霍亂流行。目前發現99%以上的非O1、非O139群菌株不含有CT和TCP等毒力基因，但仍有很少量的非O1、非O139群含有上述毒力基因。
(二)發病機製
1.發病機製 人體食入霍亂弧菌後是否發病，主要取決於機體的免疫力和食入弧菌的量。人體若能分泌正常的胃酸且不被稀釋，則可殺滅一定數量的霍亂弧菌而不發病。若經過口服活菌苗，腸道存在特異性IgM，IgG和IgA抗體，亦能阻止弧菌黏附於腸壁而免於發病。但若曾進行胃大部分切除使胃酸分泌減少，或大量飲水、大量進食使胃酸稀釋，抑或食入霍亂弧菌的量超過108～109，均能引起發病。霍亂弧菌經胃抵達腸道後通過鞭毛運動以及弧菌產生的蛋白酶作用，穿過腸黏膜上的黏液層，在Tcp A和霍亂弧菌血凝素(HA)的作用下，黏附於小腸上段腸黏膜上皮細胞刷狀緣上，並不侵入腸黏膜下層。在小腸堿性環境中霍亂弧菌大量繁殖，並產生霍亂腸毒素。當腸毒素與腸黏膜接觸後，其B亞單位能識別腸黏膜上皮細胞上的受體並與之結合，此受體為神經節苷脂(ganglioside)。繼而具有酶活性的A亞單位進入腸黏膜細胞內，其中A亞單位能從煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)中轉移ADP(腺苷二磷酸)一核糖至靶蛋白鳥苷三磷酸酶中(GTP酶)，並與之結合，從而使GTP酶活性受抑製，導致腺苷環化酶(adenylate cyclase)持續活化，使腺苷三磷酸不斷轉變為環腺苷酸(cAMP)。當細胞內cAMP濃度升高時，則刺激腸黏膜隱窩細胞過度分泌水、氯化物及碳酸鹽。同時抑製腸絨毛細胞對鈉離子和氯離子的吸收，使水和氯化鈉等在腸腔積累，因而引起嚴重水樣腹瀉(圖1)。
霍亂腸毒素還能促使腸黏膜杯狀細胞分泌黏液增多，使腹瀉水樣便中含大量黏液。此外腹瀉導致的失水，使膽汁分泌減少,因而腹瀉糞便可成“米泔水”樣。除腸毒素外，內毒素及霍亂弧菌產生溶血素、酶類及其他代謝產物，亦有一定的致病作用。
2.病理生理
(1)水和電解質紊亂：霍亂患者由於劇烈的嘔吐與腹瀉，體內水和電解質大量喪失，因而導致脫水和電解質紊亂。嚴重脫水患者可出現循環衰竭。若糾正失水不及時，休克時間過長，能進一步引起急性腎衰竭。雖然霍亂患者丟失的液體是等滲液體，但其中含鉀的量為血清鉀的4～6倍。而鈉和氯則稍低於血清，因此補液治療時，在有尿的情況下應及時補鉀。否則嚴重低血鉀可導致心律失常;亦能引起腎小管上皮細胞變性，進一步加重腎衰竭。
(2)代謝性酸中毒：由於腹瀉丟失大量碳酸氫根。此外，失水導致的外周循環衰竭，組織因缺氧進行無氧代謝，因而乳酸產生過多可加重代謝性酸中毒。急性腎衰竭，不能排泄代謝的酸性物質，也是引起酸中毒的原因。
3.病理解剖 本病主要病理變化為嚴重脫水，髒器實質性損害不重。可見皮膚幹燥，皮下組織和肌肉脫水，心、肝、脾等髒器因脫水而縮小。腎小球和腎間質毛細血管可見擴張。腎小管可有變性和壞死。小腸黏膜僅見非特異性浸潤。
