Инфекционные заболевания в эксперименте

Обновлено: 28.03.2024

В начале ХХ века И.И. Мечников высказал предположение о том, что соматические болезни и злокачественные опухоли имеют инфекционную природу. Он писал, что ". со временем, вероятно, удастся открыть паразитов не только при болезнях типично инфекционного характера, но и при болезнях совершенно другого рода" [2, 3] и предсказывал открытие паразитов злокачественных опухолей, а также микробов-возбудителей сахарной болезни. Гипотеза И.И. Мечникова получила серьезное подтверждение и в настоящее время список соматических и онкологических заболеваний, ассоциируемых с инфекционными возбудителями, достаточно велик. Для подтверждения гипотезы используют большой набор методов: эпидемиологические наблюдения, серологические исследования и обнаружение антигена бактерий или вирусов; выделение чистой культуры конкретного микроорганизма из органа-мишени, а также воспроизведение некоторых видов соматической патологии (миокардит, диабет) при заражении лабораторных животных.

Следует подчеркнуть, что до настоящего времени вывод об участии конкретного микроорганизма в развитии той или иной патологии базируется, как правило, на выявлении одного, реже двух признаков триады Кохаii, поэтому имеют в виду не этиологическую роль микроорганизма, а его ассоциацию с рассматриваемым заболеванием.

В табл.1 суммированы данные, свидетельствующие об ассоциации социально-значимых болезней сердечно-сосудистой и желудочно-кишечной систем человека, а также инсулинзависимого диабета с рядом широко распространенных инфекционных возбудителей.

Инфаркты, инсульты. На большом эпидемиологическом материале специалистами из разных стран продемонстрировано, что в период сезонного подъема гриппа увеличивается число госпитализированных с обострениями сердечно-сосудистых заболеваний и нарушениями мозгового кровообращения. Возрастает в этот период и летальность (см. ниже статью Б.Ф. Семенова и В.И. Покровского).

Миокардиты. В пораженной ткани сердца выявлен вирус Коксаки В и его антигены [9]. В экспериментах на мышах продемонстрирована способность вируса Коксаки В вызывать поражение мышцы сердца.

Атеросклероз. В атеросклеротических бляшках коронарных сосудов и аорты человека обнаружено присутствие бактерий Chlamydia pneumoniae [9].

Язва желудка, язва двенадцатиперстной кишки, гастрит. Чистые культуры Helicobacter pylori изолировали в 50% случаев при обследовании пациентов с гастритом, у 70-90% больных с язвой желудка и у 95% лиц, страдающих язвой двенадцатиперстной кишки [9].

Диабет I типа. Это заболевание связывают с инфекциями, вызываемыми представителями 6 семейств вирусов: Paramyxoviridae (вирус паротита), Picornaviridae (вирус Коксаки В), Retroviridae (ретровирус), Togaviridae (вирус краснухи), Reoviridae (ротавирус), Herpesviridae (цитомегаловирус, вирус Эпштейна-Барр) [5,6]. Наиболее интересные данные получены при изучении роли вирусов паротита, краснухи и Коксаки В.

Связь диабета с вирусом паротита была продемонстрирована более 20 лет тому назад с помощью эпидемиологических методов.

Развитие инсулинзависимого диабета при краснухе происходит после заражения плода в последнем триместре беременности. Установлено, что у 10-20% пациентов с синдромом врожденной краснухи в возрасте 5-20 лет развиваются нарушения углеводного обмена. Эти цифры существенно больше, чем показатели популяции в целом [8].

Ассоциацию инфекции вирусом Коксаки В с ранними этапами развития диабета доказывают результаты эпидемиологических наблюдений, находки вирусного антигена в поджелудочной железе и изоляции вируса из этой железы [5, 6, 10]. Описано выделение вируса из кала больной диабетом, у которой симптомы патологии обмена развились через 10 дней после Коксаки-вирусной инфекции [5]. После инокуляции этого штамма у лабораторных животных наблюдали развитие диабета. В многочисленных исследованиях продемонстрировано, что инфекция человека ретровирусами, ротавирусами, цитомегаловирусом и вирусом Эпштейна-Барр, как правило, сопровождается формированием аутоантител к клеткам поджелудочной железы [5]. Эти аутоантитела рассматривают в качестве одного из ведущих механизмов развития инсулинзависимого диабета [5, 6].

В табл. 2 суммированы современные данные, свидетельствующие о том, что в большом проценте случаев опухоли желудка, наружных половых органов и печени ассоциированы с бактериями или вирусами. H. pylori обнаруживают у 55% пациентов с аденокарциномой и лимфомой желудка. Вирус папилломы выделяют в новообразованиях половых органов у 65% пациентов из развитых и 87% больных из развивающихся стран. Развитие гепатокарциномы в 73% случаев связывают с инфекцией вирусом гепатита В, а в 27% - с заражением вирусом гепатита С. Патогенез соматических или онкологических заболеваний, ассоциированных с микроорганизмами, изучен недостаточно. Обсуждается несколько вариантов событий.

  • Микроорганизм нарушает функцию органа-мишени, разрушая зараженные клетки. Эксперименты с культурами клеток in vitro позволяют думать о таком механизме действия вирусов паротита, краснухи и Коксаки В. Описано несколько случаев выделения последнего из поджелудочной железы пациентов с диабетом I типа [5, 6].
  • Патоген запускает первые этапы патологического процесса, затем исчезает из организма. В дальнейшем процесс развивается самостоятельно. Такую гипотезу предложил Л.А. Зильбер при построении вирусной теории происхождения опухолей [1].
  • Микроорганизм действует как кофактор, усиливая эффекты субпороговых доз других факторов. В качестве примера рассматривают развитие злокачественного процесса при взаимодействии вируса папилломы человека, никотина, оральных противозачаточных препаратов при дефиците витаминов А и С у людей с определенным генетическим статусом [5, 6, 9].
  • Ассоциированный возбудитель запускает аутоиммунный процесс, направленный против клеток органа-мишени. Наиболее подробно описаны аутоиммунные события при инсулинзависимом диабете, ассоциированным с вирусами [5]. Практически во всех случаях у пациентов с такой патологией выявляют аутоантитела и аутореактивные Т-лимфоциты, направленные против b-клеток поджелудочной железы. При наличии симптомов диабета у пациентов с синдромом врожденной краснухи аутоантитела обнаруживают у 50-80% обследованных при 20% в контроле.

Очевидно, что при развитии соматического или злокачественного процесса, ассоциированного с микроорганизмом, действует несколько повреждающих механизмов, которые обусловлены этим патогеном. При этом большую роль играет генетическая предрасположенность организма, что хорошо продемонстрировано на примере диабета I типа и папилломатоза наружных половых органов [9]. Имеют значение и свойства микрорганизма. Изучение роли вируса Коксаки В показало, что лишь немногие штаммы этого возбудителя обладают диабетогенной активностью [5,6].

В настоящее время гипотеза об ассоциации соматических и злокачественных микроорганизмов является общепризнанной. Следует ожидать, что список таких ассоциаций будет увеличиваться.

Главным следствием рассмотренной гипотезы является предложение использовать существующие вакцины не только для профилактики конкретных заболеваний, но и для предупреждения ассоциируемой с этой инфекцией соматической или злокачественной патологии.


Обзор

Споры сибирской язвы под микроскопом

Автор
Редактор


Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

SkyGen

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Так, в 1915 году в ходе Первой мировой войны Германия и Франция перегоняли зараженный сибирской язвой скот — лошадей и коров — на сторону противника [1].

А в 1940-х годах на британской экспериментальной станции Портон-Даун доктор Пол Филдс определил, что наиболее эффективный способ применения сибирской язвы как биологического боевого агента — распыление частиц при взрыве бомбы. В 1942 году он провел серию экспериментов с бактериологическим оружием на пустынном шотландском острове Грюинард (рис. 1), куда доставили отару овец, после чего туда же сбросили бомбы, начиненные спорами сибирской язвы. Все овцы погибли в течение нескольких дней, а земля острова на протяжении долгих десятилетий оставалась зараженной и непригодной для жизни [2].

Остров Грюинард

Рисунок 1. Остров Грюинард

Военный городок Свердловск-19, 1979 год. Внезапная вспышка сибирской язвы унесла жизни 64 людей — и это только по официальным данным. По неофициальным (со слов врачей и пациентов) — не меньше сотни. Подавляющее большинство инфицированных были мужчинами средних лет. Годы спустя президент Борис Ельцин признал, что причиной эпидемии стали секретные разработки, а именно — случайная утечка бактерий из военной лаборатории [3].

Итак, что же в сибиреязвенных спорах так привлекает биотеррористов, и что делает возбудителя сибирской язвы потенциальным биологическим оружием?

С точки зрения бактериологии

Bacillus anthracis

Рисунок 2. Bacillus anthracis. В инфицированной крови или тканях бациллы часто присутствуют в виде коротких цепочек, окруженных полипептидной капсулой.

Грамположительные бактерии — те, что при окраске микроорганизмов по методу Грама приобретают темно-синий цвет и не обесцвечиваются при обработке спиртом. Такая окраска позволяет разделить бактерии по биохимическим свойствам: у грамположительных бактерий спирт вызывает сужение пор в пептидогликане (это полимер в стенках бактериальных клеток), за счет чего краска задерживается в клеточной стенке. Грамотрицательные бактерии, напротив, после воздействия спиртом утрачивают краситель из-за меньшего содержания пептидогликанов [4].

Что касается спор, эти особые формы бактериальных клеток служат для репродукции и/или переживания неблагоприятных условий, то есть хорошо сохраняются во внешней среде (важное свойство для биологического оружия). Они устойчивы к высоким температурам, радиации, высушиванию, действию растворителей и прочих губительных факторов. Более того, споры B. аnthracis могут переносить даже десятиминутное кипячение и сохраняются в почве десятки лет (что демонстрирует случай с островом Грюинард) [2]. В организме животного, которое имело несчастье пастись на такой земле, споры прорастают и вызывают сибирскую язву.

Что насчет патогенеза?

Патогенность B. аnthracis связана со способностью продуцировать токсины — отечный и летальный — и образовывать бактериальную капсулу.

Патогенные свойства B. anthracis кодируются двумя плазмидами: pXO1 отвечает за биосинтез токсинов, а pXO2 кодирует компоненты капсулы. Обе плазмиды необходимы для полной вирулентности (способности к инфицированию), и потеря любой из них приводит к ослаблению штамма.

Небольшая справка

Бактериальные плазмиды — это кольцевые молекулы ДНК, обособленные от хромосом (рис. 3). Они содержат дополнительные гены, необходимые только в специфических условиях для выживания клетки.

Генетический аппарат бактерий

Рисунок 3. Генетический аппарат бактерий. Цифрой 1 обозначена бактериальная ДНК, 2 — обособленные от нее плазмиды.

схема автора статьи

Существует несколько основных групп плазмид.

Col-плазмиды отвечают за синтез белков, действующих против других бактерий (такие вещества называются бактериоцинами). Эти белки вызывают гибель бактерий того же вида (или родственных ему), но не действуют на сами клетки, выделяющие данные вещества.

F-плазмиды (факторы фертильности) ответственны за половой процесс у бактерий. Его обусловливает наличие F-пилей — нитей белковой природы — и их способность к конъюгации, то есть переносу части генетического материала от одной бактериальной клетки к другой при их непосредственном контакте.

R-плазмиды (факторы резистентности) отвечают за устойчивость к действию антибиотиков и сульфаниламидных препаратов (бактериостатиков) — лекарств с противомикробным действием [5–7].

D-плазмиды определяют синтез ферментов, обеспечивающих расщепление углеводородов нефти и других трудноусваиваемых соединений [8].

Однако вернемся к сибирской язве. Плазмида pXO1 кодирует три компонента сибиреязвенных токсинов (рис. 4). Фактор отека (EF) вызывает местную воспалительную реакцию — собственно, отек; протективный антиген (PA) обладает иммуногенным действием, то есть способностью вызывать иммунный ответ организма. И третий фактор — летальный (LF) — нарушает внутриклеточный синтез макромолекул, что приводит к некрозу и разрушению клеток, в первую очередь — макрофагов. Каждый из этих факторов по отдельности не обладает патогенным действием, но сочетание протективного и летального факторов образует летальный токсин, а протективного и отечного — отечный токсин [2], [9–11].

Плазмиды B. anthracis

Рисунок 4. Плазмиды B. anthracis и продукты их синтеза. Регулятор AtxA, кодируемый плазмидой pXO1, контролирует синтез компонентов токсинов сибирской язвы со своей же плазмиды и компонентов капсулы с pXO2. Компоненты EF (фактор отека), LF (летальный фактор) и PA (протективный антиген) собираются в токсины ETx (отечный токсин) и LTx (летальный токсин), вызывая в целевых клетках-хозяевах отек и смерть соответственно. Компоненты капсулы ABCDE взаимодействуют на мембране бактериальной клетки с образованием поли-гамма-D-глутаматной капсулы, которая защищает клетки B. anthracis от уничтожения фагоцитами во время инфекции. PAI — остров патогенности в составе плазмиды.

Виды сибирской язвы

Сибирская язва существует в четырех формах: кожная, желудочно-кишечная, легочная и инъекционная [2], [12], [13].

Кожная форма является самой распространенной и наименее опасной. Она возникает при проникновении бактерий через поврежденную кожу — порез или царапину — при контакте с больным животным или продуктами животного происхождения. В течение двух-трех дней после заражения на коже развивается папула (вид кожной сыпи), которая затем окружается кольцом из везикул (воспалительных элементов сыпи) и, наконец, высыхает. Обычно к 5–6 дню из нее образуется похожий на уголь черный карбункул: он безболезнен и окружен отеком (рис. 5). Без лечения до 20% людей с кожной сибирской язвой погибает от сепсиса, однако при правильном лечении выживают почти все пациенты.

Кожная форма сибирской язвы

Рисунок 5. Кожная форма сибирской язвы

Желудочно-кишечная сибирская язва проявляется при употреблении в пищу сырого или недоваренного мяса зараженного животного. Инфекция так же развивается в течение недели. Характерный карбункул чаще всего встречается на стенке терминальной подвздошной или слепой кишки, однако могут быть поражены и ротоглотка, желудок, двенадцатиперстная кишка и верхняя подвздошная кишка. Желудочно-кишечная сибирская язва имеет две клинические формы: брюшную и пищеводную. При брюшной форме начальные симптомы — тошнота, рвота и лихорадка. По мере прогрессирования заболевания возникают сильные боли в животе, кровоизлияние и диарея с кровью, за которыми следуют сепсис и смерть. Все это — результат тяжелого и широко распространяющегося некроза начального отдела кишечника. При пищеводной форме сибирской язвы симптомы включают боль в горле, нарушение глотания, лихорадку, увеличение лимфоузлов в области шеи и отечность. Из-за таких неспецифических проявлений трудно поставить верный диагноз, что приводит к высокой смертности: умирает более половины пациентов. Однако при правильном лечении выживаемость может достигать 60%.

Самая смертоносная форма сибирской язвы — легочная: она возникает при вдыхании спор В. anthracis. Болезнь начинается коварно — с похожих на грипп симптомов: легкой температуры, усталости, недомогания, боли в мышцах и непродуктивного кашля. Начальная стадия длится около 48 часов, после чего резко сменяется развитием острой фазы. Появляются сильная одышка, тахикардия, учащенное свистящее дыхание, влажные хрипы, лихорадка и посинение кожи (цианоз). В конечном итоге пульс становится очень быстрым и слабым, одышка и цианоз прогрессируют, затем быстро наступают кома и смерть. Без лечения выживает только 10–15% пациентов, однако при агрессивном лечении выживаемость может повышаться и до 55%.

Не так давно была обнаружена новая, инъекционная, форма сибирской язвы в среде героиновых наркоманов. Ее симптомы иногда напоминают кожную форму, однако инфекция в этом случае локализуется глубоко под кожей или в мышце — в зависимости от того, куда была сделана инъекция.

Ни одна из форм сибирской язвы не заразна. Это означает, что болезнь не передается от человека к человеку, как простуда или грипп, — инфицирование может происходить только одним из означенных выше способов [13].

Вскрытие покажет

Лечение и профилактика

Для лечения всех форм сибирской язвы ВОЗ рекомендует интенсивную поддерживающую терапию и антибиотикотерапию. В качестве антибиотика, как правило, выступает знаменитый пенициллин. В тяжелых случаях его комбинируют со фторхинолонами (ципрофлоксацином или левофлоксацином) или макролидами (клиндамицином или кларитромицином). Также могут использоваться и другие антибиотики широкого спектра. При заражении самой опасной, легочной, формой сибирской язвы в ход идет тяжелая артиллерия: гемодинамическая поддержка, искусственная вентиляция легких, назначение кортикостероидов. Очень важно начать своевременное лечение, чтобы уничтожить бактерии раньше, чем их токсины попадут в кровоток [15].

Также при лечении сибирской язвы используют человеческие моноклональные (происходящие от одной клетки-предшественницы) антитела: раксибакумаб и обилтоксаксимаб. Оба препарата связывают протективный антиген (PA), в результате чего нейтрализуются оба сибиреязвенных токсина. Это происходит из-за того, что PA играет ключевую роль в сборке токсинов и поражении клеток-мишеней. Препараты рекомендованы для лечения легочной формы сибирской язвы в сочетании с антибактериальной терапией [17], [18].

Лечение сибирской язвы проводится в течение 3–7 дней при неосложненной кожной форме и 10–14 дней — при системной инфекции, которая охватывает весь организм. Если заболевание — результат биотерроризма, длительность лечения, по рекомендациям ВОЗ, может возрастать до 60 дней. В таком случае назначают ципрофлоксацин или доксициклин с тремя дозами вакцины против сибирской язвы (или же без нее) [15].

Почему различаются курсы лечения инфекций, возникших естественным путем и вызванных искусственно? Дело в том, что искусственные инфекционные болезни обладают самостоятельными клиническими аспектами, этиологией и эпидемиологией. Для заражения злоумышленники могут использовать усовершенствованные штаммы микроорганизмов: с повышенной вирулентностью, устойчивостью к отдельным лекарствам и способностью преодолевать иммунитет, возникший в результате вакцинации. О том, что заболевание вызвано воздействием биологического оружия, могут говорить невозможные эпидемиология и клиническая форма болезни. Проще говоря, можно заподозрить биотерроризм, если в природе не существует условий для развития данного эпидемического процесса, либо подобной клинической картины не наблюдается при естественном заражении. Например, существует патология мелкодисперсного аэрозоля: поражение глубоких отделов легких, вызванное проникновением инфекционных агентов размером менее 5 мкм. Эту патологию может вызвать только целенаправленное распыление биологических частиц из аэрозоля с дисперсной фазой 1–5 мкм [19].

Против сибирской язвы существуют и вакцины (см. табл.).

Несмотря на уже существующие вакцины, разрабатывают и новые — с расчетом на то, что они окажутся более безопасными и эффективными [21]. Однако ни одной вакцины нет в свободном доступе, и ВОЗ рекомендует их только для групп риска — людей, чья деятельность связана с высоким риском инфицирования: ветеринарам, некоторым лабораторным работникам и военнослужащим. Например, с 2015 года вакцину получают сотрудники Министерства обороны США и члены их семей [15].

Идеальное биологическое оружие?

Если сравнить, скажем, B. anthracis и Y. pestis — возбудителя чумы — то окажется, что B. anthracis обладает некоторыми преимуществами — разумеется, в качестве биологического оружия. Так, мы уже говорили о том, что возбудитель сибирской язвы крайне устойчив во внешней среде и может храниться в почве десятилетиями. По сравнению с ним, Y. pestis обладает небольшой устойчивостью: при низкой температуре чумная палочка сохраняется в почве до 28 суток, при высокой — быстро погибает. В выделениях больных людей и животных Y. pestis может сохраняться довольно продолжительное время (что, опять же, зависит от температуры и наличия других бактерий), но обычно не больше месяца. В крови больных животных возбудитель чумы сохраняется до 260 суток, а в замороженных человеческих трупах — 4–5 месяцев [23]. В отличие от B. anthracis, Y. pestis не образует споры.

Clostridium botulinum, возбудитель ботулизма, во многом похож на B. anthracis: это тоже грамположительная спорообразующая бактерия, обитающая в почве. В чем-то C. botulinum даже более устойчив: он выдерживает кипячение до 6 часов, тогда как B. anthracis — только 10 минут. Ботулинический токсин — самый сильный из всех биологических ядов, однако для его продуцирования нужны строго анаэробные условия, а возбудитель сибирской язвы может существовать в любой среде [8].


Ни одна клиническая дисциплина не оказала столь мощного влияния на историю и эволюцию человечества, как инфекционные болезни. Вероятно, даже, что и самые трагические страницы в истории человечества также связаны с периодами эпидемического и пандемического распространения инфекционных заболеваний.

Однако даже по прошествию последнего столетия - периода наиболее интенсивных исследований и революционных открытий, инфекционные заболевания остаются не менее актуальной проблемой современности во всех без исключения странах мира. Так, по данным ВОЗ (WHO, 2004), инфекционные болезни в мире продолжают занимать второе место как ведущая причина летальности больных, что в расчетных абсолютных величинах ежегодно составляет порядка 15 млн случаев (рис.1). Кроме этого, более миллиона летальных случаев в мире обусловлены перенесенными инфекционными заболеваниями (WHO, 2004).

Разработка, внедрение и широкое применение вакцинных препаратов и этиотропных средств, несомненно, способствовало существенному снижению заболеваемости и летальности от распространенных инфекционных заболеваний, однако они оказались всего лишь тактическим оружием в руках человечества, поскольку адаптационный потенциал микроорганизмов оказался недооценённым и следствием применения указанных препаратов явилось распространение полирезистентных штаммов возбудителей, селекция определенных их клонов, изменение этиологической структуры инфекционных заболеваний и ряд других негативных последствий. Ограниченность возможностей классических подходов, направленных на снижение инфекционной заболеваемости становится все более и более очевидным.

В то же самое время, тот опыт, который получило человечество, является бесценным, поскольку позволяет оценить правильность взглядов и подходов, которые мы пропагандируем в целях осуществления контроля и управления за инфекционными заболеваниями и ориентирует нас в разработке принципиально новых стратегических направлений, как в лечении, так и профилактике инфекционных болезней, основанных на патогенетических механизмах развития заболеваний.

История становления инфекционных болезней как клинической дисциплины

Становление медицины, как области практических знаний, направленных на оказание помощи, произошло достаточно давно. Первые упоминания о медицине уходят в глубокую древность и практически совпадают с появлением письменности. В многочисленных памятниках письменности, обнаруженных в различных частях Света, имеются описания способов лечения и профилактики ряда заболеваний, в которых без сомнения угадывается их инфекционная природа.

Поскольку микроорганизмы появились намного раньше, чем сам человек, в общебиологическом плане инфекционные болезни представляют собой одну из самых ранних форм патологии человека, которую есть основания рассматривать как один из наиболее мощных естественных факторов эволюции человека. Микроорганизмы являются естественными спутниками человечества на протяжении всей его истории, в силу чего, столь же неизбежными остаются и связанные с ними инфекционные заболевания.

Формирование инфекционных болезней как клинической дисциплины происходило в теснейшей взаимосвязи с развитием научной мысли, а их выделение в самостоятельную дисциплину скорее было социально обусловленным шагом, продиктованным вопросами безопасности людей. Наглядным свидетельством чему служит опыт разобщения здоровых и больных людей, первые применённый в 1377 г. в средиземноморском порту Рагузы (совр. Дубровник, Хорватия) Венецианской Республики в период эпидемии чумы в Европе. Впервые Городским Советом был принят закон, согласно которому в город не допускались лица, прибывшие из других городов без предварительной 30 дневной изоляции вне городских стен. При этом ни один житель Рагузы не имел права, без специального разрешения посещать места изоляции людей, а нарушители закона карались штрафом и изгнанием из города.

Мы нередко снисходительно судим и оцениваем достижения наших далеких предшественников, забывая о простой мысли – то, что сегодня представляется банальным и вполне естественным, столетия назад нередко рассматривалось как крамола. Дать же должную оценку таким идеям современники не могли, поскольку выводы базировались не только на личном опыте и опыте предшественников, но и глубоком анализе и обобщении фактов, основанных на интуиции.

Как свидетельствуют литературные источники, van Leeuwenhoek, не имевший образования, первоначально производил микроскопирование различных жидкостей больше из любопытства, в силу чего, проанализировать открытые им микроскопические объекты он не мог. Конструирование микроскопа, несомненно, оказалось революционным открытием, позволившим человечеству осуществлять поступательное движение в познании природы, однако увидеть не значит понять.

История накопила множество фактов в различных областях науки, свидетельствующих о том, что осознание открытия наступает намного позже самого открытия. Можно даже сказать, что любая первично высказанная идея живет настолько долго, насколько продолжительна жизнь её автора. Хотя вопрос приоритета открытия в науке важен, для нас, в данном случае, принципиальным является сам факт конструирования микроскопа, попыток его применения и открытие микроскопического мира.

Как сторонникам научного метода познания природы, нам более всего интересны методические и технологические приемы, позволившие подтвердить микробную природу инфекционных заболеваний. Однако не вызывает сомнений, что потенциал будущих открытий был заложен именно в предшествующий период.

Весьма значителен вклад российских ученых в изучение механизмов развития инфекционных заболеваний. Имена многих клиницистов стоят у истоков становления инфекционных болезней как клинической дисциплины, начиная со времен М. Я. Мудрова, Г. А. Захарьина, С. П. Боткина, А. А. Остроумого, Н. Ф. Филатова и других. Международное признание получили имена отечественных ученых, работающих на рубеже XIX-XX столетий в институте Пастера, среди которых особое место занимает И.И. Мечников, руководивший одной из ведущих лабораторий института, в которой работали и стажировались многие наши соотечественники (рис. 3).

В научном понимании подобное подразделение не имеет ни смысла, ни объяснения. Мы оказались заложниками классических представлений об инфекционных заболеваниях, критерии которых первоначально были определены по степени их контагиозности, т.е., эпидемической опасности для окружающих. И даже по прошествию нескольких десятилетий интенсивных исследований, мы продолжаем выделять инфекционные заболевания в отдельную самостоятельную группу болезней человека в соответствии с каноническими представлениями, хотя накопилось достаточное количество научных данных, требующих более широкого взгляда на инфекционную патологию, в частности, с общепатологических позиций.

В силу этого, можно заключить, что формирование инфекционных болезней, как клинической дисциплины до сих пор окончательно не произошло и в настоящее время происходит накопление принципиально новых сведений о роли возбудителей инфекционных заболеваний в общей патологии человека, логическим завершением чего следует ожидать разработку новых концепций относительно роли и значения микроорганизмов как в общей патологии человека (а не только при инфекционных нозоформах), так и в естественных (физиологических) условиях развития.

Принципиально новыми тенденциями в эволюции наших представлений об инфекционных заболеваниях является расширение границ инфекционной патологии, прежде всего за счет открытия новых возбудителей и установления их роли в развитии заболеваний, ранее считавшихся не инфекционными и определение значения возбудителей инфекционных заболеваний в хронической патологии человека. Список этих заболеваний уже сейчас достаточно велик и продолжает постоянно увеличиваться (таблица 1).

Инфекционные заболевания и возбудители

Вирусный гепатит В, С (HBV-инфекция, HCV-инфекция)

Гепатоцеллюлярная карцинома, гломерулонефрит криоглобулинемический мембранопролиферативный, криоглобулинемия, аутоиммунный тиреоидит, острый диссеминированный энцефаломиелит


Внешние факторы не могут ни породить в организме, ни вызвать в нем ничего сверх того, что у него имеется в виде исторически раз­вившихся по­тен­ций [8]. Каковы бы ни были внешние условия, они не могут напря­мую про­изве­сти никаких изменений в организме. Эти из­менения возник­нут только при на­личии соответствующего внутрен­него основания. В ко­нечном итоге именно внутренний фактор решает вопрос о возникновении болезни; он же придает ей свои черты в кли­ническом и морфологическом выражении.

Познание общепатологических механизмов немыслимо без ана­лиза узло­вых проблем инфекционного процесса. Эволюционное ста­новле­ние воспали­тельной реакции определялось прежде всего бакте­риальной инва­зией, что убе­дительно показано еще И.И. Мечниковым. В то же время по­нять специфиче­ские проявления той или иной ин­фекции, обособленно изучая микро- и макро­орга­низм, невозможно. Сущность инфекционного процесса открывается лишь в их взаимо­действии. Более того, многие важ­ные свойства патогенные микробы во­обще не обнаруживают при их росте на искусственных питательных средах [6].

Патогенез инфекционных болезней не исчерпывается непосред­ст­венными результатами жизнедеятельности их возбудителей и по­врежде­ниями, причи­няемыми бактериальными токсинами. Основные симптомы многих инфекци­онных болезней (лихорадка, кашель, понос и даже нагное­ние) носят приспосо­бительный характер и отображают не столько повреж­дение, сколько активную реакцию организма. Так, пирогенные свойства микробных липополисахари­дов долгое время представлялись совершенно бесспорными. Между тем выясни­лось, что повышение температуры в та­ких случаях вызывает не сам эн­доток­син, а эндогенные пирогены, выде­ляющиеся из погибающих лейкоцитов. Та­ким образом, речь идет не о по­вреждении, а об особом механизме, вступаю­щем в действие под влиянием микробной инвазии и ведущем к температурной реак­ции, имеющей приспособительное значение. Образование эндогенного пи­ро­гена - уникаль­ное свойство фагоцитов, специализирующихся на защите орга­низма [6].

Однако в биологическом взаимодействии паразита с хозяином мик­роб также занимает свою активную позицию, направленную на выживание вида. Существование в природе многочисленных возбуди­телей инфекций поддержи­вается с помощью двух основных механиз­мов сохранения их ви­дового состава: 1) путем длительной персистен­ции микробов в организме и 2) путем периоди­ческой смены хозяина в процессе бактериовыделения и последующего внедре­ния в новый ор­ганизм. По-видимому, у возбудителей с узкой экологической нишей вероятность сохранения вида более надежно обеспечена при их дли­тельном персистировании в организме, чем в про­цессе беспрерывной смены хо­зяина. Так, у Mycobacterium tuberculosis со­хранение вида в значительной сте­пени определяется их способностью к длительной персистенции, что обуслов­лено исключительно тесной адапта­цией этих бактерий к одному виду хозяина [14]. Основными механизмами персистенции микробов в организме хозяина яв­ляются внутриклеточ­ное паразитирование, антигенная мимикрия, образование L-форм, а также ме­ханизмы подавления факторов защиты макроорганизма [5, 12, 14]. Они яв­ляются биологической основой хронизации инфекци­онного про­цесса.

Эпителиальные клетки, подобно фагоцитам мезенхимального проис­хож­дения, способны к фагоцитозу. Б.М. Ариэль [2] выдвинул гипотезу, со­гласно которой при инфекционном процессе в определен­ных условиях может вос­ста­навливаться фагоцитарная функция эпите­лия, присущая низко организован­ным животным и репрессированная в филогенезе. В ходе инфекционного про­цесса конвергентно сближа­ются морфологические и функциональные свойства фаго­цитов и эпи­телиальных клеток различ­ного гистогенеза. Эпителий допол­няет эли­минативную функцию мезен­химных элементов, когда они уже исчер­пали свои возможности. Не обла­дая достаточно эффективными меха­низмами внут­риклеточного разруше­ния бактерий, эпителиоциты транспортируют их в собст­венную оболочку, где они, встречаясь с фа­гоцитами, могут быть уничто­жены. Здесь просле­живается один из ме­ханизмов отклонения тканевого гомео­стаза - наруше­ние фагоцитарно-элиминативной функции эпителиального пла­ста. При по­вреждении (или истощении) этой функции микробы задерживаются, а за­тем раз­множаются в цитоплазме эпителиоцитов.

При изучении патогенных факторов микробов целесообразна сравни­тель­ная оценка скоростей развития некробиотических и репа­ративных из­менений в тканях. Лишь в том случае, если первая ско­рость превышает вторую, патоген­ные факторы микробов приводят к развитию морфологи­чески документируе­мого повреждения. При ин­фекционном процессе в первую очередь поврежда­ются не клетки как таковые, а клеточные попу­ляции, ткани, состоящие из кле­ток разной дифференцированности и свя­занные единством происхождения и функции. Основное повреждающее действие на ткани при инфекци­онном про­цессе оказывают токсические факторы. Морфологические признаки такого по­вреждения проявляются в нарушении клеточной дифференцировки и межкле­точных контактов, обеспечивающих цело­стность эпителия как тканевой сис­темы.

Для хронического инфекционного процесса характерно волно­образ­ное течение: фаза обострения при благоприятном течении забо­левания сменяется фазой ремиссии и т.д. В фазе ремиссии хрониче­ского воспали­тельного процесса в зоне поражения нахо­дят признаки хронического вос­паления - макрофагально-лимфоцитарную инфильт­рацию (в фазе обостре­ния - нейтрофильную). Что ее поддерживает? Значит, имеет место перси­стенция причинного фактора [12]. Морфо­логически в этой фазе наблюда­ется хроническая (пер­манентная) дисре­генерация. В чем ее сущность?

Здесь вырисовывается универсальный приспособительный ме­ханизм. В фазу ремис­сии патогенная инфекция уходит во внутрикле­точное перси­стирова­ние, уклоняясь от иммунной защиты. В ответ на это организм ак­тивно включает механизм апоптоза, на­правленный на элиминацию мик­робной инфекции. Апоптоз, в свою очередь, вызы­вает ак­тивацию регене­раторных процессов. Так поддерживается фе­номен приспособительного усиления пролиферативной ак­тивности ткани в зоне хронического инфек­ционного про­цесса (в регенери­рую­щих тканях). В фазе обострения усиле­ние пролифератив­ных процес­сов гораздо более выражено в связи с массо­вой гибелью клеток в зоне воспаления.

Инфекционный процесс во многих случаях начинается не с взаи­мо­дейст­вия патогенного микроорганизма с восприимчивым макроорганиз­мом как тако­вым, а прежде всего с взаимодействия с микро­флорой хо­зяина. Микробы-ан­тагонисты на слизистых оболочках осуществляют за­щитное действие. Так, ки­шечная микроэкологическая система является ча­стью гомеостатической сис­темы организма. Мик­роэкология желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) вклю­чена в систему защиты организма, и при ее нарушении становится источником ин­фекционного процесса. Основной механизм защиты слизистой ЖКТ - коло­низационная резистентность. Пристеночная микрофлора по­вышает колониза­ционную резистентность кишечника, конкурируя с патогенными микроорга­низмами за взаимодей­ствие с рецепторами эпителиальных клеток слизистой оболочки ЖКТ. Она способствует нормальному течению метаболических про­цессов в эукари­отных клетках [7].

Таким образом, персистенция микробной инфекции в условиях откло­нения тканевого гомеостаза барьерных тканей является фунда­ментальной биологиче­ской основой хронизации инфекционного про­цесса.

История

171416-050-9107CA67

Гистологический препарат головного мозга, на котором видны микрополости

Племя форе

Стенли Прузинер

Как уже было сказано выше, основы знаний о прионах заложил Стенли Прузинер. Немного из его биографии. Родился в США в 1942 году. Его предки - эмигранты из российской империи, еврейского происхождения, вынужденные покинуть страну из-за еврейских погромов. Сам Стенли Прузинер в 1968 г. закончил Университет Пенсильвании и работал ординатором-неврологом в Медицинской школе Калифорнийского университета (Сан-Франциско). В 1970 впервые встретился с болезнью Крейтцфельдта — Якоба. У пациента, находившегося на лечении у Прузинера, никак не выявлялся возбудитель. Плотно занявшись этим исследованием, невролог обратился к трудам другого врача – Сиггурдсона, выявившего определенные закономерности у непонятных на тот момент болезней.

Такими закономерностями стали:

  • необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;
  • медленно прогрессирующий характер течения;
  • необычность поражения органов и тканей;
  • неизбежность смертельного исхода.

Что же такое прионы и каков их механизм действия на организм (современные представления)?

На самом деле в организме человека и многих других живых существ есть белки PrPC. По-русски – нормальная форма прионных белков (открыты были после исследований Сиггурдсона, поэтому такая странность в название). Известна его длина, последовательность аминокислот, вторичная структура. Важно знать, что конечная структура состоит из трёх α-спиралей и двухцепочечного антипараллельного β-листа. Обладают интересным свойством, а именно осаждаются высокоскоростным центрифугированием, что является стандартным тестом на наличие прионов. Есть данные, что PrP играет важную роль в прикреплении клеток, передаче внутриклеточных сигналов, а потому может быть вовлечён в коммуникацию клеток мозга. Тем не менее, функции PrP исследованы недостаточно.

а норма б патология

(a) норма (b) патология

Считается, что прионное заболевание может быть приобретено 3 путями: в случае прямого заражения, наследственно или спорадически (спонтанно) или их комбинациями. Спорадическая (то есть спонтанная) прионная болезнь возникает в популяции у случайной особи. Таков, например, классический вариант болезни Крейтцфельдта — Якоба. Существуют две основные гипотезы относительно спонтанного появления прионных болезней. Согласно первой из них спонтанное изменение происходит в самом доселе нормальном белке в мозге, то есть имеет место посттрансляционная модификация. Альтернативная гипотеза гласит, что одна или несколько клеток организма в какой-то момент претерпевают соматическую мутацию (то есть, не передающуюся наследственно) и начинают производить дефектный белок PrPSc. Как бы то ни было, конкретный механизм спонтанного возникновения прионных болезней неизвестен. Вторая – заражение. По данным современных исследований, основной путь приобретения прионных заболеваний — поедание заражённой пищи. Считается, что прионы могут оставаться в окружающей среде в останках мёртвых животных, а также присутствуют в моче, слюне и других жидкостях и тканях тела (кровь, ликвор). Из-за этого заражение прионами может произойти и в ходе пользования нестерильными хирургическими инструментами. Это усложняет стерилизацию хирургических инструментов или устройств на скотобойне. Прионы в большинстве своём устойчивы к протеазам, высокой температуре, радиации и хранению в формалине, хотя эти меры и снижают их способность к заражению. Эффективная дезинфекция против прионов должна включать гидролиз или повреждение/разрушение их третичной структуры. Это можно достичь обработкой хлорной известью, гидроксидом натрия и сильнокислыми моющими веществами. Пребывание в течение 18 минут при температуре 134 °C в герметичном паровом автоклаве не может деактивировать прионы. В качестве основного современного метода для деактивации и денатурации прионов в настоящее время изучается озоновая стерилизация. Ренатурация полностью денатурированного приона до инфективного состояния зафиксирована не была, однако для частично денатурированных прионов в некоторых искусственных условиях это возможно. Еще стоит помнить, что эти белки могут долго сохраняться в почве за счёт связывания с глиной и другими почвенными минералами. Не впадайте в паранойю, но теоретически они могут быть повсюду. В 2011 году было сообщено об открытии прионов, передающихся по воздуху в частицах аэрозоля (то есть воздушно-капельным путём). Также в 2011 году было опубликовано предварительное доказательство того, что прионы могут передаваться с получаемым из мочи человеческим менопаузальным гонадотропином, применяемым для лечения бесплодия. Теоретически с помощью всего одного больного животного с прионной болезнью, можно уничтожать целые нации и страны, просто добавляя его костную муку в кормовые добавки и продавая их в нужное государство. Сходная ситуация произошла в конце 80-х годов в Британии (эпидемия коровьего бешенства). Тогда, скорее всего по незнанию (а не по злому умыслу) произошел вышеуказанный процесс, унесший жизни около 200 человек (на 2009 год) и 179 тыс. голов крупного рогатого скота.

размножение прионов

Клиника

Поговорим о болезнях и клинических проявлениях. Теоретически может возникать у всех живых существ, обладающих PrPc Вот некоторые примеры. У овец и коз, как это уже говорилось выше, главное проявление - это скрейпи. Для коров характерно коровье бешенство (губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота) У норок- Трансмиссивная энцефалопатия норок. И так далее. Зафиксированы проявления заболеваний у кошек, диких парнокопытных, страусов. Но нас интересуют болезни человека.

Болезнь Крейтцфельдта — Якоба. Код по МКБ-10 A81.0; F02.1. Код А соответствует инфекционным болезням (А81 – инфекционные болезни нервной системы). Код F – психические расстройства, F02 – деменции.

Темно зеленый расспространение К-Я Светло зеленый - коровьего бешенства

Темно зеленый распространение К-Я

Светло зеленый - коровьего бешенства

Основные клинические критерии для постановки диагноза:

Выделяют несколько клинических форм:

Спонтанная — классическая (sCJD) Согласно современным представлениям (прионной теории), прионы при этой форме заболевания возникают в мозге спонтанно, без какой-либо видимой внешней причины. Болезнь обычно поражает людей в возрасте старше 50 лет и проявляется с вероятностью 1-2 случая на миллион жителей. Вначале проявляется в форме кратких потерь памяти, изменениями настроения, потерей интереса к происходящему вокруг. Далее симптомы деменции прогрессируют со всеми вытекающими последствиями.

Наследственная (fCJD) Болезнь возникает в семьях, где наследуется повреждение гена для прионового белка. Дефектный прионовый белок является намного более подверженным спонтанному превращению в прион. Признаки и ход болезни подобны классической форме.

Ятрогенная (1CJD) Болезнь обусловлена непреднамеренным внесением прионов в тело пациента при медицинском вмешательстве. Источником прионов ранее были некоторые лекарства, инструменты или мозговые оболочки, которые забирались у мертвых людей и использовались для закрытия раны при операциях на мозге. Признаки и ход болезни подобны классической форме. Новый вариант (nvCJD) Болезнь появилась впервые в 1995 году в Великобритании и с того момента от нее умерло не более 100 человек. Вероятнее всего, что они заразились мясными продуктами, содержащими бычьи прионы.

  • психические расстройства и сенсорные нарушения,
  • характерны глобальные когнитивные нарушения и атаксия.
  • описано несколько случаев заболевания, дебютировавшего с корковой слепоты (вариант Heidenhain).
  • эписиндром представлен также миоклоническими припадками.
  • мозжечковая симптоматика выявляется в 100 %.
  • Пациент страдает от всё более тяжёлой бессонницы, панических атак и фобий. Эта стадия длится в среднем 4 месяца.
  • Панические атаки становятся серьёзной проблемой, и к ним присоединяются галлюцинации. Эта стадия длится в среднем 5 месяцев.
  • Полная неспособность спать, сопровождаемая быстрой потерей веса. Эта стадия длится в среднем 3 месяца.
  • Пациент перестаёт говорить и не реагирует на окружающее. Это последняя стадия болезни, длящаяся в среднем 6 месяцев, после чего пациент умирает.

Куру, почти не встречается в настоящее время, в связи с искоренением каннибализма. Интересно, что в 2009 году американские учёные сделали неожиданное открытие: некоторые члены племени форе, благодаря появившемуся у них в сравнительно недавнем времени новому полиморфизму гена PRNP, имеют врождённый иммунитет к куру.

В настоящее время нет ни одного средства останавливающего или тормозящего развитие прионных болезней.

Читайте также: