«Кровавая» работа врачей, ученых и природы. Конкурс биомолтекст
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
намного больше, чем в крови), а уже потом в крови. Ведь гликопротеиды, подобные антигенам групп крови, а также антитела к ним, чрезвычайно распространены в живой природе, и поэтому человеку надо либо приспосабливаться к этой полисахаридной среде и быть в ней «своим», либо же иметь средства защиты, либо как-то это совмещать. Однако точные механизмы этого еще не ясны [41–43] . Рассмотрим концепцию на конкретных примерах. Так, антигены групп крови могут входить в состав оболочек некоторых вирусов, бактерий (например E. coli ) и простейших, которые отпочковываются от клеток в случае инфицирования. В случае вируса это является средством молекулярной мимикрии: вирус имитирует клетку крови человека и таким образом не уничтожается клетками инфицированного организма. Так поступает, например, вирус иммунодефицита человека Отделяясь от уже зараженного Т-лимфоцита (антигены группы крови на них тоже есть) для заражения других лимфоцитов и других людей, ВИЧ размещает на своей оболочке многие антигены этого лимфоцита. Попав в кровь другого человека с такой же кровью, у вируса получается обойти нападки иммунитета и быстро заразить человека. Если же вирус попадает в кровь человека с другой группой крови, он будет с какой-то вероятностью атакован антителами нового хозяина к чужеродным антигенам на вирусе. Поэтому получается, что заразиться ВИЧ от несовместимого по группе крови человека немного тяжелее (но обольщаться не стоит — этого все же слишком мало) [44] . В общем, врожденный иммунитет во всей своей красе... Если подобная инфекция поражает популяцию, для выживания становится полезно иметь редкую группу крови, причем чем больше групповых систем в этом замешано, тем лучше. Поскольку регулярно возникают новые вирусы, «мода» на группу крови будет постоянно меняться, их разнообразие — поддерживаться, а распространенность — колебаться. Кроме того, поддерживается равновесие как в популяции организмов-хозяев, так в и популяции паразитов, и обе популяции выживают, пусть и с незначительными потерями. Это природное «этническое оружие», которое в разных популяциях убивало людей строго определенных групп крови — тех, под которых они маскируются. Например, черная оспа в Европе до изобретения вакцин убивала в первую очередь людей со второй группой крови, что повысило количество людей с первой и третьей группами. А чума в Средневековье убивала в первую очередь людей с первой группой крови. Поэтому людям в ходе эпидемий выгоднее иметь антигены, с которыми патогенным микроорганизмам сложнее «работать», чтобы понизить вероятность заразиться или же хоть немного облегчить течение болезни. Теперь, зная это, можно легко сказать, зачем организм отторгает кровь несовместимой группы. Переливание такой крови для организма равноценно инфекции такого «замаскированного» микроорганизма, и, пытаясь этот микроорганизм истребить, иммунитет запускает посттрансфузионную реакцию. Но это далеко не единственный механизм, защищающий популяцию от инфекций. Частным случаем селекции групп крови в природе под влиянием болезней является малярия . Дело в том, что это болезнь, в которой самым непосредственным образом участвуют эритроциты, на чьей поверхности и находятся те самые антигены, — логично, что они принимают непосредственное участие в инфекции. Так антигены Даффи (а их всего шесть типов) участвуют в инфекциях Plasmodium vivax , который вызывает одну из форм малярии. Мутации гена FY, приводящие к формированию эритроцитов без антигенов Даффи, защищают от заражения этим штаммом плазмодия, так как плазмодию буквально не за что зацепиться, чтобы инфицировать клетку [45] . Еще одна система групп крови, система Кнопса , которая имеет девять типов антигенов, аналогичным образом играет роль в тяжести инфекции P. falciparum , возбудителя самой опасной и распространенной в тропиках малярии [46] . Тяжесть малярии P. falciparum напрямую связана и с наличием антигенов А и В: люди I группы крови, у которых этих антигенов нет, как правило, менее подвержены малярии. Это — основной фактор, обусловливающий распределение населения с I группой крови в тех уголках мира, где распространена малярия. Корреляция между тяжестью малярии и группой крови вызвана тем, что малярийный паразит, заражая человека, «цепляется» за определенные антигены эритроцитов, в результате чего проникает внутрь и начинает их пожирать (из-за этого болезнь и прогрессирует). Мало того, эти антигены могут под действием веществ паразитов помогать «слеплять» эритроциты, и плазмодию тогда становится очень легко перебраться из одного эритроцита в другой. Соответственно, если этих антигенов нет, то плазмодию становится тяжко (банально не за что «ухватиться», чтобы проникнуть в эритроцит), и болезнь протекает не так активно, как могла бы [47] Такой же механизм селекции групп крови можно проследить и на примере, относящемся к бактерии Helicobacter pylori . Эта бактерия в первую очередь вызывает такие очень распространенные желудочные болезни, как гастрит и язва . Хеликобактер лучше связывается с H-антигеном (антигеном 0 (I) группы крови), чем с антигенами A и B, в связи с чем люди с первой группой крови более подвержены гастродуоденальным заболеваниям, чем все остальные [48] . Поэтому в регионах, где процветает H. pylori, довольно часто встречаются люди с 0 (I) группой крови. В таблице 2 указаны другие примеры корреляции групп крови и инфекций, связанные с разным сродством их возбудителей к антигенам AB0. Микроорганизмы Группы крови Патологические эффекты Хеликобактер 0 Язва желудка, гастрит Кишечная палочка B Кишечные инфекции Холерный вибрион 0 Холера Сальмонелла B Брюшной тиф Пневмококк A, 0 Пневмония Вирус гриппа A 0 Грипп Микобактерии туберкулеза 0 Туберкулез Чумная палочка 0 Бубонная чума Вирус оспы A Черная оспа От группы крови, таким образом, зависит, в частности, вероятность развития некоторых инфекционных (и неинфекционных) заболеваний, характер течения заболевания (острое или хроническое), распространенность патологического процесса, возраст, в котором вероятнее всего разовьется неинфекционная патология и результаты лечения. Новые исследования, в том числе связанные с новыми методами «-омик» [59] , могут помочь еще лучше понять взаимосвязь этих антигенов с микроорганизмами и средой, способствовать нашему пониманию эволюции, которая создала и поддерживает высокую изменчивость групп крови у людей. Совершенствуется постоянно и система донорства крови, призванная избавиться абсолютно от всех рисков при трансфузии. О том, что мы имеем сейчас и куда стремимся в этой области, мы и посвятим последнюю главу статьи... Современная трансфузиология Область знаний, история которой началась более века назад с хаотичных разовых опытов гениального Карла Ландштейнера, сегодня является серьезной наукой, охватывающей широкий круг проблем — от обеспечения безопасности трансфузий до выяснения тонких молекулярных механизмов регуляции экспрессии генов. В своей статье 1900 года Ландштейнер написал, что его наблюдение «возможно, пригодится человечеству». Теперь уже ясно, что именно так и произошло. Появилась высокоразвитая система донорства крови, благодаря которой врачи спасают жизни тысяч пациентов. Одним из основных направлений современной трансфузиологии является стимулирование увеличения количества донаций, чтобы в банках крови было больше разнообразной крови, подходящей разным людям. Чтобы стимулировать увеличение количества донаций, в Советском Союзе учредили звание «Почетный донор СССР» для людей, сдавших больше 20 литров крови, а когда Союз распался, появилось звание « Почетный донор России », обладателям которого полагаются ежегодные выплаты, оплачиваемый отпуск, внеочередное лечение и другие приятные бонусы. Вторым основным направлением является минимизация рисков нежелательных посттрансфузионных осложнений. Сегодня для этого созданы особые критерии, по которым «отбираются» доноры крови. С ними можно ознакомиться на сайте российской « Службы крови », созданной в 2007 году. Однако это не дает стопроцентной гарантии безопасности, и это направление остается одним из передовых. Несовместимость крови по разным групповым системам, открытым Ландштейнером, его коллегами и последователями, вызывает самые разные осложнения. Сейчас именно эти реакции служат основным стимулом к развитию трансфузиологии. Сегодня понятия «универсальный донор» и «универсальный реципиент» уже устарели, и по современной доктрине переливать иногруппную кровь уже запрещено во избежание осложнений — переливания между людьми разных групп крови допустимы лишь в безвыходных ситуациях, но и то в разумных пределах (не более 500 мл). Идеальным вариантом избежать эти осложнения считается консервирование своей собственной крови — эта стратегия называется аутодонорством. Хотя это сложно в финансовом плане, это идеально, например, в военных условиях в горячих точках — солдаты могут заготавливать в холодильниках свою собственную кровь на случай ранений, и если ранение все же случилось, то такую кровь сразу же можно использовать. Уже сейчас выяснилось, что в классификацию посттрансфузионных осложнений входит не только гемолиз, вызванный несовпадением групп крови, но и, например, несовместимость антигенов тромбоцитов, лейкоцитов и гранулоцитов и антител к ним. В том числе поэтому до переливания крови от тромбоцитов, лейкоцитов и гранулоцитов чаще всего избавляются при помощи специальных фильтров, и переливают кровь по компонентам. Кроме того, переливание не цельной крови, а ее компонентов по отдельности, помогает удовлетворить потребности сразу нескольких пациентов — кому- то нужны эритроциты, кому-то — тромбоциты, а кому-то — плазма. Пока что неизвестен точный механизм почти всех посттрансфузионных реакций, и на современном этапе эти механизмы выясняются, чтобы обходить подобные реакции. Все эти и другие возможные посттрансфузионные реакции отражены в таблице 3. Реакции Причина 1. Острые, возникающие сразу Острый гемолиз Несовместимость антигенов эритроцитов донора и антител к ним, имеющимся в крови реципиента на момент переливания. Чаще всего возникает при несовместимости крови по системам AB0 и резус. Их различие в том, что антитела анти-A и анти-B присутствуют в крови с рождения, а анти-резус-антитела вырабатываются при аллоиммунизации, то есть когда в кровь впервые попадают чужие антигены. Гипертермическая негемолитическая реакция (повышение температуры тела на 1 °C и более без гемолиза). Несовместимость антигенов лимфоцитов и, особенно, гранулоцитов (лейкоцитов врожденного иммунитета) донора с антителами к ним у реципиента. О точном механизме и функциях этого пока что нет конкретных данных [49] Анафилактический шок Дефицит IgA у реципиентов и образование у них анти-IgA антител к IgA в крови донора после ранее проведенных переливаний или перенесенных беременностей. Крапивница Аллергическая реакция на антигены плазмы крови . Некардиогенный отек легких Антитела к антигенам гранулоцитов, и, особенно, лимфоцитов донора, относящимся к антигенам главного комплекса гистосовместимости — набора антигенов, который предотвращает атаку лимфоцитами собственных клеток человека . При агглютинации и разрушении лейкоцитов в легких развивается острая патология [50] , [51] Острая сердечно- сосудистая недостаточность, отек легких Перегрузка объемом крови. Эритромассу необходимо переливать медленно и под наблюдением — при возникновении признаков сердечной недостаточности (одышка, хриплое дыхание) трансфузия должна быть остановлена и начато лечение. 2. Отсроченные, возникающие при повторных переливаниях либо спустя некоторое время Гемолиз, аллергические реакции Повторные переливания крови организму, который претерпел аллоиммунизацию к тем или иным антигенам (например, резус-антигенам, антигенам лимфоцитов и гранулоцитов). Реакция «трансплантат против хозяина» Возникает, если лимфоциты из крови донора начинают бороться с антигенами крови реципиента. Посттрансфузионная пурпура через 4–14 дней, то есть глубокая тромбоцитопения Почти все пациенты — повторнородящие женщины, которым обычно переливали эритромассу во время хирургического вмешательства. Скорее всего, реакция возникает из-за того, что у пациента без тромбоцитарного антигена 1a происходит аллоиммунизация из-за воздействия такого антигена плода во время беременности. В результате антитела уничтожают тромбоциты с антигеном, вызывая тромбоцитопению. Такая болезнь может возникать и у плода при беременности, так же как и в случае с резус-конфликтом. В этом случае она именуется неонатальной аллоиммунной тромбоцитопенией [52] Гемосидероз Перегрузка органов железом из-за многочисленных переливаний эритроцитов. Инфекции При переливаниях крови передаются: сифилис ; • гепатиты ; • ВИЧ-инфекция ; • Подробнее о механизме возникновения аллергических реакций и борьбе ученых с ними читайте в статье « Как победить аллергию за четыре инъекции? » на «Биомолекуле» [62] Подробнее о механизме, по которому осуществляются иммунные реакции с участием лимфоцитов, а также о биологическом смысле HLA читайте в статье « Иммунитет: борьба с чужими и... своими » на «Биомолекуле» [63] Гемолиз на пальцах Сегодня в медицинской практике чаще всего встречаются гемолитические реакции на переливания крови. Давайте на примере эритроцитов рассмотрим, каков механизм таких реакций. Надо заметить, что подобные случаи происходят и при несовместимости с кровью реципиента антигенов тромбоцитов и гранулоцитов. Реакция начинается с того, что антитела узнают несовместимые антигены и «облепляют» их, сгоняя в кучу. Затем с этими комками связывается специальный белок пропердин и запускает реакцию разложения и выведения эритроцитов с мочой, из-за чего и наступает анемия. Гемолиз может происходить как прямо в сосудах и называться внутрисосудистым, так и в печени под действием макрофагов , поедающих красные клетки крови и называться внесосудистым. При внутрисосудистом гемолизе продукты распада компонентов эритроцитов, в частности билирубин (то, во что превращается гемоглобин ), накапливаются во всех тканях организма, окрашивая их в характерный желтоватый цвет. Именно поэтому гемолитическая болезнь проявляется желтухой. При внесосудистом же гемолизе билирубин обрабатывается печенью, и поэтому желтуха возникает редко (рис. 18) [25] Поэтому донорская кровь проверяется на эти инфекции. Тем не менее все равно есть риск заражения, так как нельзя исключать так называемый серонегативный период, когда патоген только начинает размножаться в организме и его невозможно определить никакими известными сейчас методами. Серонегативный период для ВИЧ, например, составляет целый месяц (а это почти весь срок хранения крови...), а для гепатита — до 100 с лишним дней! Из-за этих рисков, в том числе, трансфузии все еще применяются только в ситуациях, когда речь идет о спасении жизни пациента. ф ц ; цитомегаловирусная инфекция (ЦМВИ); • инфекция T-лимфотропного вируса (HTLV); • малярия [60] ; • лихорадка Зика [61] • Рисунок 18. Гемолитическая реакция на переливание несовместимой крови. В макрофагах, которые уничтожают слепленные антителами эритроциты, происходит расщепление их составляющих, в том числе гемоглобина. Гемоглобин превращается в билирубин, который затем связывается с транспортными белками плазмы крови и переносится в печень. В дальнейшем билирубин превращается в другие вещества, которые легко вывести с мочой или калом. Часто, однако, билирубин не проходит все эти стадии и накапливается в тканях организма, окрашивая их в желтоватый цвет. « Существуют три типа нарушений обмена билирубина » Помимо тщательного подбора крови или аутодонорства, возможен и другой способ достижения безопасности трансфузии — использование кровезамещающих веществ, которые совместимы с кровью любого реципиента, при этом стабильны и безропотно выполняют свои функции. Такой препарат особо нужен пациентам, нуждающимся в постоянных переливаниях крови. Например, больные талассемией , нарушением структуры и транспортной функции гемоглобина, получают в год в среднем 14,5 л крови, то есть за жизнь такому человеку нужно перелить около тонны чужой крови! Таким количеством крови обеспечить всех больных талассемией очень трудно, да и от рисков никто не застрахован, поэтому они нуждаются в заменителе крови [54] Первым в истории кровезамещающим веществом стал физраствор, который имеет такую же, как у крови, концентрацию хлорида натрия, что позволяет избежать потери организмом жидкости и полного скукоживания эритроцитов. Однако физраствор плох тем, что выполняет только механические функции крови, но не транспортные. Поэтому нужен препарат получше, который может заменить не только плазму, но и клетки крови. Работы последних лет вселяют надежду на создание такого препарата. Значительно преуспели в этом деле российские химики под руководством профессора Феликса Белоярцева. В конце 70-х годов прошлого столетия были открыты и начали активно изучаться перфторуглеродные соединения , положенные в основу нового поколения кровезаменителей с функцией переноса кислорода — эти кровезаменители в СМИ часто называют голубой кровью. Перфторуглеродные соединения, применяемые в медицине, представляют собой жидкие производные других органических соединений, в которых все атомы водорода заменены на атомы фтора. Характерной особенностью таких веществ является их аномально высокая способность обратимо связывать газы за счет наличия в таких жидкостях многочисленных крупных пустот. Препарат перфторана (рис. 19) представляет собой искусственный эритроцит (жировую каплю), внутри которого находится само соединение, которое может осуществлять газообмен, как и обычный гемоглобин. Сегодня такие кровезаменители уже используются на некоторых станциях переливания крови в России, Украине и некоторых других странах СНГ, где их хранят в замороженном виде при –17 °C [55] |