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(一)发病原因
NTM广泛分布于自然界的土壤、尘埃、流水和生牛奶中。显微镜下NTM形态与结核杆菌相似，抗酸染色呈红色，但在培养、生化特性与结核杆菌不同。可根据NTM在固体培养基上的生长速度与光线对其产生色素的影响，Runyon分类法则将其分为以下四个群：
1.Ⅰ群为光产色菌(photochromogen) 有堪萨斯分枝杆菌、海分枝杆菌、猿分枝杆菌及亚洲分枝杆菌等，其中前两种为致病菌。本组细菌需光产色，其菌落在暗处为奶油色，曝光1h后再培养即成橘黄色。生长缓慢，菌落光滑。这类菌容易引起肺部感染，但病情较轻，临床症状与肺结核相似。
2.Ⅱ群为暗产色菌(scotochromogen) 有瘰疬分枝杆菌、苏加分枝杆菌、戈登分枝杆菌、蟾蜍分枝杆菌。本组细菌兼性产色，菌落不论在有光或无光条件下均能产色，在暗处产黄色，在有光处产橘黄色。在37℃生长缓慢，菌落光滑。这类菌可引起儿童颈部淋巴结炎、肺部或肺外感染及擦伤性脓肿等。
3.Ⅲ群为不产色菌(achromatic mycobaterium) 有鸟分枝杆菌复合群(M.avium complex，MAC)、胞内分枝杆菌、溃疡分枝杆菌、玛尔摩分枝杆菌、嗜血分枝杆菌(M.hemophilum)、土地分枝杆菌。本组细菌在有光或暗处均不产色素，生长缓慢。在改良罗氏培养基上37℃培养7天或更长时间，可见光滑无色菌落。这类菌可引起肺部感染、淋巴结炎、关节炎及脑膜炎等。
4.Ⅳ群为快速生长菌(rapid grower) 有偶发分枝杆菌、龟分枝杆菌、脓肿分枝杆菌、耻垢分枝杆菌等。本组细菌在25～45℃生长，生长快，培养5～7天即可见到菌落，菌落粗糙，有些也能产色。前三种对人致病，可引起肺部疾病及皮肤感染。耻垢分枝杆菌虽不致病，但经常在外阴部皮脂中存在，应予注意鉴别。1982年Wayne按致病性及生物学特性将结核及非结核性分枝杆菌分为六个复合群：①结核杆菌复合群：人、牛、非洲、田鼠型结核杆菌;②鸟-胞内分枝杆菌复合群(M.avium-intracellulae complex，MAIC)：鸟、胞内、瘰疬、副结核分枝杆菌等，为常见的条件致病菌;③戈登分枝杆菌复合群：戈登、亚洲、苏加分枝杆菌等;④堪萨斯分枝杆菌复合群：堪萨斯、胃分枝杆菌等;⑤土地分枝杆菌复合群：土地、不产色、次要分枝杆菌等;⑥偶发分枝杆菌复合群：偶然、龟、脓肿分枝杆菌等。据近期文献报道，临床上可引起肺部疾病的六种重要NTM，其培养特性(包括生长温度、光/暗产色素、需氧及水解吐温80等)可有相似或不同点(表2)。
NTM是否有致病性可用抗煮沸试验加以鉴别。非致病株煮沸1min即失去抗酸性，而致病株能耐10min，甚至高压灭菌亦不失去抗酸性。结核分枝杆菌和非结核性分枝杆菌的鉴别，除热触酶试验外，可将菌苔置含盐水小滴的玻片上研磨，前者不易乳化而后者容易乳化。NTM对大多数抗结核药物有耐药性。其耐药机制在细菌的药物靶位点基因变异方面：耐INH主要与产生编码过氧化物-过氧化氢酶的kat G基因突变有关，也有少部分与编码烷基过氧化物酶的ahp C基因与编码Ⅳ-乙酰基转移酶的Nat基因突变有关。耐RFP与编码RNA多聚酶β亚单位的rpo B基因507～533点发生突变有关。耐SM与编码核糖体蛋白S12的rps L基因发生突变，使16S rRNA结构改变有关。耐EMB与编码阿拉伯糖转移酶的emb B基因发生突变有关。耐吡嗪酰胺(PZA)与编码吡嗪酰胺酶的pnc A基因突变有关。耐氟喹诺酮类药物与DNA旋转酶中A亚单位的gyr A、lfrA基因发生突变有关。
(二)发病机制
NTM病的病理改变与结核病相似。由于NTM致病力较弱，其病变在程度上相应较轻。但不同部位不同类型和不同宿主的NTM病病理变化可能存在一定差异。NTM肺病空洞很常见，多表现为多发性或多房性薄壁空洞，胸膜很少累及，病理改变常为非特异性炎症，但有大量NTM病原体存在。皮肤软组织NTM病若为脓肿分枝杆菌引起则表现肉芽肿性病变和非特异性化脓性炎症。据深圳市某医院脓肿分枝杆菌切口医院感染114例手术切除标本的病理检查。其肉芽肿有三种形态：①化脓性结核样变，占70%;②不典型结核样肉芽肿，占28%;③典型“结核样”肉芽肿，占59.7%。播散性NTM病可在多处骨骼见到主要由中性粒细胞形成的病变，其中有较多抗酸杆菌，偶尔骨髓中有大量细菌繁殖，其他脏器则见萎缩性肉芽肿和少数抗酸杆菌。