Pierwotniaki są samodzielnymi organizmami jednokomórkowymi zbudowanymi z jądra, cytoplazmy (z organellami) i błony komórkowej, posiadającymi zdolności ruchu. Występują w postaci trofozoitu (czynnej) i cysty (przetrwalnikowej). Zwyczajowo pierwotniaki (i robaki) chorobotwórcze nazywamy pasożytami a wywołane przez nie zakażenia - pasożytniczymi. Najważniejsze pierwotniaki patogenne dla człowieka należą do:

- wiciowców - rodzaje: Trichomonas, Giardia, Trypanosoma, Leishmania,

- ameb - rodzaj Entamoeba,

- sporowców - rodzaje: Plasmodium, Toxoplasma, Cryptosporidium,

- orzęsek - rodzaj Balantidium.

Zakażenia pierwotniakami przenoszone są:

- drogą fekalno-oralną jak na przykład Entamoeba histolytica, Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum,

- przez spożywanie niedogotowanego zanieczyszczonego cystami mięsa lub kontakt z wydalającym cysty kotem - Toxoplasma gondii,

- przez krwiopijne owady - Plasmodium falciparum,

- przez kontakty płciowe - Trichomonas vaginalis,

- przez łożysko - Toxoplasma gondii.

Giardioza (gardiaza) zwana też lambliozą (lambliazą) jest zakażeniem jelita cienkiego i/lub dróg żółciowych pierwotniakiem Giardia lamblia (wielkouściec jelitowy), które może przebiegać w sposób bezobjawowy, ostry, podostry, przewlekły lub nawracający. W pierwotnych zakażeniach epidemicznych dominuje biegunka.

G. lamblia jest najbardziej rozpowszechnionym na świecie patogenem pierwotniakowym. W Polsce zakażonych jest około 3% ludności (więcej u dzieci w żłobkach, przedszkolach i szkołach). Ze względu na łatwe przenoszenie pierwotniaka droga pokarmową lub przez kontakt występować mogą epidemie giardiozy. Ogniska endemiczne występują w basenie Morza Śródziemnego, w Sankt Petersburgu i w Azji. Źródłem zakażenia jest człowiek lub dzikie zwierzęta (na przykład bobry), które zanieczyszczać mogą zbiorniki wodne, rzeki, strumienie cystami pierwotniaka wydalanymi z kałem. Cysty mogą przetrwać w wilgotnej ziemi kilka miesięcy a w jelicie muchy 1-2 dni. Do zakażenia dochodzi drogą pokarmową. Człowiek zaraża się cystami przez picie zakażonej wody np. z górskich strumieni lub spożywanie zanieczyszczonych pokarmów, na które cysty mogą być przeniesione przez muchy. Ponieważ chlorowanie nie niszczy giardii, woda powierzchniowa przeznaczona do picia powinna być jodowana.

Podobnie jak Entamoeba histolytica, G. lamblia występuje w postaci cysty (którą się człowiek zakaża) oraz trofozoitu. Jednak w przeciwieństwie do E. histolytica trofozoity G. lamblia kolonizują dwunastnicę. Mają kształt rozciętej gruszki, 2 jądra i cztery pary wici. Z cysty, w jelicie cienkim, uwalniają się 2 trofozoity. Przyczepiają się one do powierzchni błony śluzowej jelita (lecz nie wnikają do błony śluzowej) i namnażają się przez podział. Obecność enzymów proteolitycznych w dwunastnicy aktywuje lektynę, która ułatwia trofozoitom wiązanie z wielocukrowcami na powierzchni komórek nabłonkowych. Do komórek nabłonkowych pierwotniak przyczepia się za pomocą specjalnej przyssawki brzusznej. Na powierzchni pasożyta znajduje się też specjalne białko podobne do powodujących biegunkę toksyn węży. Część trofozoitów przemieszcza się do dróg żółciowych i pęcherzyka żółciowego. Inne, w miarę przesuwania się z dwunastnicy do jelita krętego przybierają postać cyst, które są wydalane z kałem w ogromnej liczbie.

Rzęsistkowica jest przewlekłą chorobą zakaźną przenoszoną głownie droga płciową, która jest wywołana przez rzęsistka pochwowego (Trichomonas vaginalis) występującego najczęściej w sromie, pochwie i cewce moczowej u kobiet, rzadziej w cewce moczowej, gruczole krokowym i pęcherzykach nasiennych u mężczyzn.

Do zakażenia dochodzi najczęściej przez kontakt płciowy (możliwe też jest zarażenie przez używanie wspólnych wanien i ręczników). T. vaginalis występuje u około 50% kobiet w wieku 20-50 lat. U mężczyzn zakażenie może być bezobjawowe (niemniej stanowi źródło zakażenia ich partnerek seksualnych). Zarażenie noworodków znika samoistnie w ciągu kilku tygodni. Liczbę nowych zakażeń na świecie ocenia się na kilka milionów rocznie.

Trichomonas jest pierwotniakiem, który posiada zmodyfikowane mitochondrium, w którym zamiast enzymów fosforylacji oksydacyjnej znajdują się enzymy fermentacji beztlenowej. Trofozoity przylegają do nabłonka powodując powierzchowne nadżerki nabłonka, ale nie wnikają do podścieliska. Prawidłowe środowisko pochwy ma pH 3,8 - 4,5, a nabłonek zawiera glikogen i jest skolonizowany przez pałeczki Lactobacillus, które produkują kwas mlekowy (z glikogenu) utrzymując odpowiednie pH co utrudnia rozwój bakterii patogennych. U zdrowych kobiet, u których pałeczki są jedyną florą bakteryjną mówimy o I° czystości pochwy. Zakażenie T. vaginalis powoduje utratę pałeczek Lactobacillus i wzrost pH.

Zakażenie pierwotniakiem Entamoeba histolytica nazywamy pełzakowicą. Może występować w postaci jelitowej lub pozajelitowej i przebiegać w sposób bezobjawowy, ostry lub podostry.

Głównym rezerwuarem pierwotniaka jest człowiek. Do zakażenia dochodzi przez spożycie pokarmów zanieczyszczonych ludzkim kałem, w którym znajdują się cysty E. histolytica. Pełzakowica występuje na całym świecie, ale częściej w rejonach tropikalnych i subtropikalnych ze względu na słabe warunki sanitarne. W profilaktyce ważne jest, aby unikać picia wody z niepewnych źródeł, używania niepewnych kostek lodu, spożywania zanieczyszczonego kałem pożywienia od ulicznych sprzedawców. Do oczywistych zasad profilaktycznych należy mycie rąk po defekacji a przed jedzeniem. Ocenia się, że na świecie żyje około 500 mln nosicieli E. histolytica (głównie w Indiach, Meksyku, RPA, Kolumbii). Na pełzakowicę choruje ok. 40 mln. ludzi rocznie a umiera około 40 tys. szczególnie niemowląt, małych dzieci i kobiet w ciąży. W Polsce zarażony jest około 1% populacji. Pełzakowicy można spodziewać się w środowiskach imigrantów z krajów gdzie występuje ona endemicznie.

Pełzak czerwonki występuje w cyklu życiowym w formie cysty (postać przetrwalnikowa) oraz w formie trofozoitu (postać wegetatywna charakteryzująca się intensywnym wzrostem i zdolnością do podziałów). Wyróżniamy trofozoity małe (forma minuta - niepatogenna) i duże (forma magna - patogenna). Do zakażenia dochodzi przez żywność, wodę i zanieczyszczone naczynia zawierające cysty E. histolytica (posiadają cztery jądra i otoczkę chitynową). W końcowym odcinku jelita cienkiego z cysty uwalniają się cztery małe pełzaki, które szybko rosną i dzielą się dalej. Obecność ich w jelicie osób z wydolnym układem immunologicznym nie wywołuje choroby. Po wielu podziałach w świetle jelita grubego pełzaki małe otaczają się otoczką tworząc dojrzałe cysty, które są wydalane z kałem (nosiciele zdrowi). W przypadku osłabienia odporności organizmu (dodatkowe zachorowania bakteryjne lub wirusowe, czynniki chemiczne, immunosupresja, stres) oraz u kobiet w ciąży postać mała pełzaka może przekształcić się w postać dużą (inwazyjną), która wnika do błony podśluzowej jelita grubego, namnaża się, niszczy komórki w otoczeniu, fagocytuje erytrocyty i prowadzi do powstania owrzodzeń. Pasożyty mogą też wnikać do żyłek i naczyń włosowatych i z prądem krwi przenosić się do wątroby i innych narządów. W pełzakach zachodzi fermentacja glukozy do alkoholu (nie mają one ani enzymów cyklu Krebsa ani mitochondriów). Fakt ten wykorzystuje się w leczeniu stosując leki, które unieczynniają odpowiednie enzymy. Szereg białek pasożyta zwiększa jego możliwości inwazyjne. Lektyny obecne na powierzchni pełzaka ułatwiają adhezję poprzez wiązanie z wielocukrowcami na powierzchni komórek nabłonka jelitowego i erytrocytów. Enzymy proteolityczne umożliwiają niszczenie białek macierzy pozakomórkowej. Objawy kliniczne występują tylko u około 10% osób zakażonych.

Toksoplazmoza jest chorobą zakaźną wywołaną przez pierwotniaka Toxoplasma gondii. Może być wrodzona lub nabyta. Większość zakażeń u osób zdrowych przebiega bezobjawowo lub z niewielkim powiększeniem węzłów chłonnych. Natomiast zakażenie płodu lub osób z niedoborami odporności komórkowej, szczególnie chorych z AIDS, prowadzi do wystąpienia agresywnej postaci choroby najczęściej neurotoksoplazmozy, toksoplazmozy ocznej lub toksoplazmozy uogólnionej.

Zakażenie T. gondii jest częste u ludzi. W Polsce obecność specyficznych przeciwciał stwierdza się w około 50-70% populacji. Najbardziej podatne na zarażenie są osoby mające kontakt z surowym mięsem, kobiety w ciąży i dzieci. Żywicielem ostatecznym jest dla pierwotniaka kot, żywicielami pośrednimi są ssaki (owce, świnie, myszy, szczury także koty) ptaki i człowiek. Człowiek zaraża się głównie przez:

- ręce zanieczyszczone ziemią skażoną kałem kota,

- spożywanie owoców i jarzyn zanieczyszczonych oocystami zawierającymi sporozoity,

- picie zanieczyszczonej oocystami wody - ten sposób zakażenia często występuje u dzieci,

- spożywanie surowego (lub niedogotowanego) mięsa (zwłaszcza baraniny i wieprzowiny),

- przenikanie tachyzoitów od matki przez łożysko do płodu. Następuje to w okresie parazytemii u około 30% kobiet zarażonych T. gondii po raz pierwszy w czasie ciąży,

- rzadko dochodzi do zakażenia przez transfuzję krwi lub przeszczepy narządów.

T. gondii jest pasożytem wewnątrzkomórkowym. Postaciami zakaźnymi są sporozoity i bradyzoity. Cysty zawierające bradyzoity występują w różnych tkankach najczęściej w mięśniach, mózgu i oku. Mogą one być źródłem zakażenia dla kolejnego żywiciela pośredniego w tym też człowieka. Spadek odporności (u chorych z AIDS) może prowadzić do uaktywnienia starej (utajonej) infekcji i do parazytemii z objawami ostrej toksoplazmozy.

Cykl rozwojowy T. gondii - z przewodu pokarmowego drogą krwionośną pasożyty mogą przedostawać się do tkanek i narządów w całym organizmie. W przeciwieństwie do innych patogenów mają one zdolność wnikania do wszystkich typów komórek. W procesie wnikania do komórek nabłonkowych gospodarza bierze udział aktyna pasożyta a nie aktyna komórek nabłonkowych (jak to ma miejsce w zakażeniach bakteryjnych). Tachyzoity namnażają się, pseudocysty pękają uwalniając je i w ten sposób zakażane są następne komórki, aż nie wytworzy się odporność humoralna i komórkowa zależna od limfocytów T. Podobnie jak gronkowce, T. gondii posiadają superantygen, który wiąże się bezpośrednio z receptorami limfocytów T z następowym wydzielaniem IFN-g. Wówczas aktywowane makrofagi oraz limfocyty CD4+ i CD8+ niszczą pasożyty. Pozostałe, otorbione w cystach prawdziwych jako bradyzoity mogą przetrwać w różnych narządach przez całe życie człowieka lub innego żywiciela pośredniego. U osób z upośledzoną odpornością typu komórkowego, u płodów i noworodków (niedojrzały układ makrofagów) i w gałce ocznej (utrudniony dostęp przeciwciał i komórek efektorowych) niszczenie trofozoitów jest upośledzone.

Kryptosporidioza jest chorobą zakaźną wywołaną u człowieka przez pierwotniaka Cryptosporidium parvum, której głównym objawem jest biegunka.

U osób immunokompetentnych zakażenie przebiega bezobjawowo lub z objawami kilkudniowej biegunki z następowym samowyleczeniem. U osób z wrodzonymi lub nabytymi niedoborami immunologicznymi (AIDS, leczenie immunosupresyjne) i u niedożywionych dzieci występuje długotrwała (wielomiesięczna) wyniszczająca, wodnista biegunka prowadząca do odwodnienia, zespołu złego wchłaniania i zgonu.

Do zakażenia dochodzi przez spożycie oocyst (4-6 mm) z wodą lub pokarmem, które zostały zanieczyszczone kałem ludzi lub zwierząt. Oocysty przenoszone są też z kurzem i poprzez brudne ręce. A zatem, kryptosporidioza występuje sporadycznie (główny sposób zakażenia w Polsce), endemicznie (na wsiach gdzie bytują zakażone zwierzęta) i epidemicznie (zakażenia źródeł wody, żłobki, przedszkola).

Po spożyciu oocyst ich gruba otoczka zostaje rozpuszczona przez trypsynę, dzięki czemu uwalniają się cztery sporozoity, które (z pomocą swoich powierzchniowych lektyn) przyczepiają się do enterocytów jelita cienkiego i grubego. Cryptosporidium jest pasożytem wewnątrzkomórkowym ale zewnątrzcytoplazmatycznym to znaczy nie wnika bezpośrednio do cytoplazmy ale wpukla się do enterocyta i przyczepia pod rąbkiem szczoteczkowym ( w tym miejscu komunikuje się z komórką żywiciela). Błona komórkowa enterocyta jak palec od rękawiczki otacza pasożyta tworząc tak zwany parazytofor, w którym on przebywa. W dość skomplikowanym cyklu rozwojowym C. parvum występuje rozmnażanie bezpłciowe (schizogonia; sporozoity ® merozoity) i rozmnażanie płciowe (gametogonia). W wyniku zapłodnienia tworzą się oocysty zawierające po 4 sporozoity (sporogonia). Pasożyt sprytnie zwiększa wydajność zakażenia produkując dwa rodzaje oocyst: cienkościenne, które pozostają na powierzchni błony śluzowej jelita oraz grubościenne oocysty "na export", które wraz z kałem wydalane są na zewnątrz. Młode zwierzęta roślinożerne głównie cielęta i prosięta mogą zarażać się przez zjadanie zanieczyszczonej trawy (powstaje biegunka). C. parvum u człowieka najczęściej pasożytuje w nabłonku jelita cienkiego i grubego. Może też zakażać układ oddechowy i przewody żółciowe.

Zimnica (malaria) jest chorobą zakaźną wywoływaną przez cztery gatunki pierwotniaka zwanego zarodźcem zimnicy (Plasmodium), przenoszonego na człowieka przez samice komarów z rodzaju Anopheles i manifestującą się głównie okresowymi nawrotami gorączki z dreszczami, niekiedy z objawami płucnymi i sercowymi.

Malaria jest chorobą endemiczną w krajach tropikalnych i subtropikalnych. Rocznie zapada na nią ponad 100 mln ludzi a umiera ok. 1-2 mln, przeważnie niemowląt i osób z obniżoną odpornością. Spośród patogennych pierwotniaków, Plasmodium jest najczęstszą przyczyną zgonu u ludzi. Malarię wywołują cztery gatunki:

- P. falciparum,

- P. vivax,

- P. malariae

- P. ovale.

Każdy z nich ma odrębne cechy morfologiczne, genetyczne i biologiczne. Na przykład malaria wywołana przez P. malariae i P. vivax ma raczej łagodny przebieg. Natomiast P. falciparum wywołuje agresywną malarię z głęboką niedokrwistością, objawami niewydolności nerek, z objawami neurologicznymi i obrzękiem płuc.

Akcja zwalczania zimnicy zapoczątkowana przez WHO w latach pięćdziesiątych m.in. doprowadziła do powstania komarów odpornych na DDT i co bardziej niepokojące, szczepów zarodźca (głównie P. falciparum) opornych na dotychczas stosowane leki przeciwmalaryczne. Również zwykłe dawki terapeutyczne chininy nie są już wystarczające. Lekooporność jest obecnie głównym problemem w epidemiologii zimnicy. W Polsce corocznie występuje kilkanaście przypadków zimnicy zawleczonej z krajów endemicznych. Trzeba więc być przygotowanym na jej rozpoznanie gdyż od szybkiego i prawidłowego rozpoznania zależy życie chorego.

Cykl życiowy i patogeneza na przykładzie P. falciparum - podczas ssania krwi człowieka samica komara widliszka wprowadza do krwi wraz ze swą śliną postacie inwazyjne, czyli sporozoity. Zostają one przeniesione z prądem krwi do wątroby, gdzie przyczepiają się do komórek wątrobowych i wnikają do nich. W komórce wątrobowej namnażają się i przekształcają w dziesiątki tysięcy merozoitów, które po pęknięciu komórki, za pomocą cząsteczek lektynopodobnych wiążą się z resztami kwasu sialowego glikoforyny erytrocytów i wnikają do ich wnętrza. Niektóre merozoity wnikają do hepatocytów gdzie jako tak zwane hipnozoity mogą przebywać przez okres około roku stanowiąc potencjalne źródło nawrotów choroby. Wewnątrz krwinki czerwonej merozoit w specjalnej wodniczce, przekształca się w schizont, z którego powstaje kilkanaście merozoitów, które następnie po pęknięciu erytrocytów uwalniają się do krwi zakażając następne erytrocyty. Gdy erytrocyty pękają uwalnia się z nich również hemozoina (która powstaje z hemoglobiny krwinek hydrolizowanej przez pasożyta) wywołując charakterystyczny napad malarii. Okres między dwoma napadami (około 48 godz.) jest okresem czasu, jaki potrzebują merozoity od wniknięcia do krwinek do ich rozpadu. W niektórych krwinkach ze schizontu nie powstają merozoity a gametocyty (postacie płciowe). Nie mogą się one rozwijać u człowieka. Natomiast, gdy zostaną wessane z krwią przez samicę widliszka w jej żołądku tworzą gamety i zygotę, która przekształca się w oocystę, w której powstaje do 10000 sporozoitów. Oocysta pęka, sporozoity przechodzą do jamy ciała a stamtąd do gruczołów ślinowych samicy skąd przy ukłuciu kolejnego człowieka przedostaną się do jego krwiobiegu.

Osoby posiadające HLA-B53 są odporne na zakażenie prawdopodobnie dlatego, że cząsteczka ta prezentuje cytotoksycznym limfocytom T antygeny hepatozoitów (czyli merozoitów w komórkach wątrobowych), które w ten sposób niszczą zakażone hepatocyty. Merozoity P. vivax wykorzystują antygen Duffy Fy na powierzchni erytrocytów jako receptor, który pozwala wniknąć do wnętrza krwinki czerwonej. Osoby, które tych antygenów na erytrocytach nie posiadają są odporne na zakażenie tym gatunkiem zarodźca. Ponieważ pasożyty do swojego rozwoju w krwinkach wymagają prawidłowej hemoglobiny oraz dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej, osoby z niedokrwistością sierpowatą i z niedoborem dehydrogenazy mają zwiększoną odporność na malarię. Ponadto sierpowate krwinki są niszczone w śledzionie. Obecne w krwinkach schizonty syntetyzują białka, które pojawiają się na powierzchni erytrocytu jako uwypuklenia