Общие вопросы эпидемиологии и инфектологии
 Скачать 0.81 Mb.
|
|
14. Роль возбудителя в инфекционном процессе, факторы патогенно- сти микроорганизмов. Как уже упоминалось ранее, инфекционный процесс – процесс взаимо- действия микро- и макроорганизма, который может завершиться: 1) формиро- ванием транзиторного либо хронического носительства, не сопровождаемого клиническими проявлениями, 2) развитием латентной инфекции, и 3) развитием клинически манифестного заболевания (острого либо хронического). Соответственно, инфекционная болезнь – один из вариантов исходов ин- фекционного процесса, при котором взаимодействие микро- и макроорганизма заканчивается колонизацией последнего и развитием тех или иных патологиче- ских симптомов. Проще говоря, инфекционная болезнь – это клиническая ма- нифестация инфекционного процесса. Аналогичный процесс, вызываемый гель- минтами, насекомыми и простейшими, носит название инвазия. 71 В основе инфекционного процесса лежит феномен паразитизма, т.е. такой формы взаимоотношений между двумя организмами разных видов, при кото- рой один из них, называемый паразитом, использует другого, называемого хо- зяином, в качестве источника питания и как место обитания, причем оба орга- низма находятся между собой в антагонистических отношениях. Паразитизм – свойство, закрепленное за видом и передающееся по наследству. Таким образом, возбудитель играет ключевую роль в инфекционном про- цессе, являясь паразитом, взаимодействующим с организмом хозяина; при от- сутствии возбудителя инфекционный процесс не может реализоваться. Роль возбудителя в инфекционном процессе подчеркнута условиями т.н. триады Генле-Коха, полное соблюдение которых необходимо для признания какого-либо микроорганизма истинным возбудителем заболевания: 1) микроб-возбудитель должен обнаруживаться при данной болезни и не встречаться ни у здоровых, ни у больных другими болезнями; 2) микроб-возбудитель должен выделяться из организма каждого больно- го в виде чистой культуры; 3) выделенная чистая культура микроорганизма, будучи инокулирована в восприимчивый организм, должна вызывать заболевание, во всем идентичное первоначальному (т.е. тому, что имело место у источника инфекции). Патогенность микроорганизма – видовой признак, закрепленный в геноме в процессе эволюции паразита, передающийся по наследству и отражающий потенциальную возможность данного микроорганизма проникать в макроорга- низм (инфективность), размножаться в нем (инвазионность) и вызывать ком- плекс патологических процессов, соответствующих инфекционной болезни. Патогенность опосредуется т.н. факторами патогенности. Каждый из них несет ответственность за проявление конкретных свойств микроорганизма в инфекционном процессе. К ним относят: 1) Факторы адгезии и колонизации – с их помощью бактерии распознают рецепторы на мембранах клеток, прикрепляются к ним и колонизируют клетки (различные поверхностные структуры клеточной стенки); 2) Факторы инвазии – благодаря им бактерия проникает в клетку (белки наружной мембраны бактерий); 3) Факторы, препятствующие фагоцитозу, которые либо маскируют бак- терию от фагоцитов (капсула), либо подавляют фагоцитоз (белок А стафило- кокков, белок М стрептококков и т.п.). Факторы, подавляющие фагоцитоз, мо- гут быть и веществами, подавляющими окислительные процессы в фагоцитах (например, антигены Fral Y. pestis); 4) Специфические ферменты защиты, инвазии и агрессии бактерий, кото- рые способствуют распространению бактерий по тканям хозяина (гиалуронида- за, лецитиназа, протеазы, ДНК-азы и др.); 5) Эндотоксины и экзотоксины. Эндотоксины – структурные и функцио- нальные компоненты стенки бактериальной клетки, обладающие токсическими свойствами. Соответственно, пока бактерия жива, эндотоксины во внешнюю 72 среду не выделяются. Высвобождение эндотоксинов происходит после гибели и последующего лизиса бактериальной клетки. По своей химической структуре эндотоксины являются липополисахари- дами, которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бактерий. Эндотоксины не обладают специфичностью, термостабильны, умеренно ток- сичны, обладают слабой иммуногенностью. При поступлении в организм в больших дозах эндотоксины угнетают фагоцитоз, увеличивают проницаемость капилляров, оказывают разрушающее действие на клетки, в частности, разру- шают лейкоциты крови, вызывают дегрануляцию тучных клеток с выделением вазодилататоров, активируют фактор Хагемана, что приводит к лейкопении, гипертермии, гипотонии, ацидозу, диссеминированной внутрисосудистой коа- гуляции. Важно отметить, что указанные реакции являются неспецифическими и наблюдаются при всех инфекциях, возбудители которых способны высво- бождать эндотоксины. Помимо этого, эндотоксины стимулируют синтез ин- терферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, облада- ют аллергическими свойствами. При введении в организм небольших доз эндо- токсинов повышается его неспецифическая резистентность, усиливается фаго- цитоз, стимулируется функциональная активность В-лимфоцитов. Экзотоксины – продукты активной секреции бактерий во внешнюю сре- ду, обладающие токсическими свойствами. Их продуцируют как грамположи- тельные, так и грамотрицательные бактерии. По своей химической структуре это преимущественно белки (реже гликопротеины). Механизм действия экзо- токсинов сводится к повреждению жизненно важных процессов в клетке: по- вышению проницаемости мембран, блокаде синтеза белка и других биохимиче- ских процессов в клетке или нарушению взаимодействия и координации между клетками. По молекулярной организации экзотоксины делятся на две группы: экзотоксины, состоящие из двух и более фрагментов (субъединиц), и экзоток- сины, составляющие единую полипептидную цепь. Экзотоксины обладают высокой токсичностью. Под воздействием фор- малина и высокой температуры экзотоксины утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенность. Такие токсины получили название «анатоксины» («токсоиды») и применяются для профилактики токсинемических инфекций, таких, как столбняк, гангрена, ботулизм и дифтерия, а также для иммунизации животных с целью получения антитоксических гетерологичных сывороток. Примеры экзотоксинов – ботулотоксин, экзотоксин-холероген (энтеротоксин), токсин Шига (веротоксин), дифтерийный нейротоксин, тетаноспазмин и т.д. Патогенность бактерий контролируется тремя типами генов: генами нук- леосомы («хромосомы» бактерий), генами разнообразных плазмид и, наконец, генами умеренных («лизогенных») фагов. Патогенное действие вирусов может реализовываться несколькими путя- ми: 1) т.н. прямой цитопатогенный эффект заключается в том, что вирус, раз- множаясь в клетке-хозяине, переключает на нужды собственной репликации ее метаболические процессы, что в конечном итоге приводит к истощению строи- тельных и энергетических ресурсов клетки, после чего она погибает. Клетка- мишень может поражаться и токсическими субстанциями, входящими в состав 73 вирусов. Так, например, появились сообщения о роли NSP4 (одного из неструк- турных белков ротавирусов) в развитии диареи: данный белок является специ- фическим для вируса энтеротоксином, способным вызывать секреторную диа- рею подобно бактериальным токсинам; 2) непрямой, или иммуноопосредованный цитопатический эффект может наблюдаться в тех случаях, когда вирус, размножаясь внутри клетки-хозяина, не приводит к ее немедленной гибели, но подобная клетка распознается им- мунной системой организма как чужеродная (в основном благодаря вирусным белкам адгезии, оставшимся на внешней мембране пораженной клетки). В ито- ге пораженная клетка атакуется клетками-эффекторами иммунной системы (цитотоксическими Т-лимфоцитами, нормальными киллерами, макрофагами, нейтрофилами и т.д.) и гибнет. Подобный механизм гибели пораженных виру- сом клеток наблюдается, например, при вирусных гепатитах В и Е. Помимо этого, вирусы могут эффективно избегать взаимодействия с им- мунной системой человеческого организма путем постоянного изменения своих антигенных свойств, за что отвечает усиленный мутагенез специальных участ- ков генов, кодирующих поверхностные белки капсида вирусов. Подобным об- разом функционируют ВИЧ-1 и ВИЧ-2, вирусы гепатита С и гриппа А. 15. Факторы неспецифической резистентности организма, их роль в возникновении и течении инфекционных болезней, влияние на резистент- ность алкоголя, курения, ионизирующей радиации. Под неспецифической резистентностью понимают так называемый «врожденный иммунитет», включающий: 1) конституциональные факторы, определяющие восприимчивость либо невосприимчивость человека к тем или иным патогенным микроорганизмам (механизмы неясны), а также 2) универ- сальные (неспецифические) системы организма антимикробной направленно- сти, характер действия которых не зависит от вида возбудителей и не требует предварительного контакта иммунной системы с их антигенами. К таковым системам относятся: 1) кожа и слизистые организма, а также их секреты; 2) система внутриклеточного уничтожения (фагоцитов); 3) система внеклеточного уничтожения (нормальные, или естественные, киллеры, а также эозинофилы); 4) системы гуморальных факторов: комплемента, пропердина, интерфе- ронов, белков острой фазы воспаления, калликреин-кининовая; Кожа и слизистые организма и их секреты Первыми барьерами на пути инфекции являются контактные поверхности (кожа, слизистые) и их естественные секреты. В частности: – неповрежденные кожа и слизистые непроницаемы для большинства инфекционных агентов; 74 – пот и секрет сальных желез имеют низкий рН за счет высокого содер- жания молочной кислоты и жирных кислот, что является неблагоприятным фактором для размножения большинства микроорганизмов; – слизь, выделяемая слизистыми оболочками, препятствует прикрепле- нию бактерий к эпителиальным клеткам, затем микроорганизмы удаляются ме- ханическим путем при движении ресничек эпителия, кашле, чихании; – многие секреты слизистых содержат разнообразные бактерицидные компоненты (кислота желудочного сока, спермин и цинк в сперме, лактоперок- сидаза в молоке, лизоцим в слезах, носовом отделяемом и слюне); – нормальная микрофлора кожи и слизистых человека конкурирует с па- тогенными микроорганизмами за питательные вещества, а также продуцирует бактерицидные факторы (колицины и кислоты). Если микробы все же проникли в человеческий организм, то в действие вступают клеточные и гуморальные звенья неспецифической резистентности. Система фагоцитов Данная система осуществляет захват и внутриклеточное переваривание микроорганизмов. Эти функции осуществляются нейтрофилами и макрофага- ми. Нейтрофилы имеют набор специальных гранул, содержащих множество ан- тибактериальных компонентов: первичные азурофильные гранулы (содержат миелопероксидазу, лизоцим и набор катионных белков), вторичные «специфи- ческие» гранулы (содержат лактоферрин, лизоцим), и третичные гранулы (по- хожи на обыкновенные лизосомы, т.к. содержат кислые гидролазы). Макрофаги образуются из промоноцитов костного мозга, которые после дифференцировки задерживаются в тканях, где формируют систему моно- нуклеарных фагоцитов, включающую, помимо циркулирующих макрофагов, гистиоциты соединительной ткани, клетки Купфера в печени, микроглию ткани головного мозга, макрофаги лимфатических узлов, альвеолярные макрофаги, остеокласты, макрофаги селезенки, синовиальные макрофаги, меланоциты ко- жи, мезангиальные клетки почечных клубочков). Механизм и стадии фагоцитоза: 1) хемотаксис; 2) адгезия микроба, инва- гинация клеточной мембраны, захват частицы и ее погружение в протоплазму; 3) образование фагосомы; 4) слияние фагосомы с лизосомой фагоцита и обра- зование фаголизисомы; 5) уничтожение и переваривание микроорганизма; 6) выброс продуктов деградации микроорганизма. Система комплемента Система комплемента – одна из пяти протеолитических систем крови. Это – каскадная система. Непосредственно микробными агентами система ком- племента активируется по наиболее древнему альтернативному пути. В норме С3 при контакте с незначительными количествами протеолитических фермен- тов переходит в С3b. Образующийся С3b в присутствии ионов Mg присоединя- ет фактор В (С3bB).Имеющийся в крови в активном состоянии фактор D пре- вращает этот комплекс в С3bBb, который в свою очередь является С3-конверта- 75 зой. С3bBb-конвертаза в растворах нестабильна, и фактор В легко замещается другим компонентом – фактором Н. Комплекс С3bH доступен для атаки факто- ра I, который инактивирует С3b. Полисахариды бактерий препятствуют этой инактивации и приводят к тому, что из С3 под действием С3-конвертазы обра- зуется С3b. C3b быстро связывается с мембраной-мишенью и присоединяет С5. Комплекс C3C5 похож на С3 и подвергается атаке C3Bb, который становится С5-конвертазой. С5b временно приобретает способность присоединять С6, а за- тем С7. Комплекс С567 прочно связывается с мембраной бактерии. К этому комплексу присоединяется С8. Дальнейшее связывание этого комплекса с С9 индуцирует в С9 конформационные изменения, что приводит к обнажению гидрофобной области и встраиванию С9 в липидный бислой рядом с С8. Это инициирует цепную реакцию конформационных изменений других молекул С9 (от 8 до 18 молекул), в итоге формируется трансмембранный канал. Комплексы С5678 сами по себе образуют небольшие трансмембранные поры. Микробная клетка погибает от осмотического лизиса. Комплексы могут разрушать даже мембраносодержащие вирусы, видимо, за счет дезорганизации мембраны. Помимо непосредственного лизиса микробной клетки, система компле- мента обладает несколькими биологическими функциями: 1) фагоциты имеют рецепторы к С3b и C3bi, что облегчает адгезию к ним микроорганизмов, нагруженных C3b; 2) С3а и С5а действуют на фагоциты, особенно на нейтрофилы, вызывая «дыхательный взрыв», являются мощными хемоаттрактантами для нейтрофи- лов, увеличивают проницаемость капилляров и вызывают вазодилатацию (этот эффект пролонгируется ЛТВ4, который выделяют тучные клетки и активиро- ванные нейтрофилы). Таким образом, активация системы комплемента, помимо прочих эффек- тов, вызывает острую воспалительную реакцию (гиперемия, экссудация компо- нентов плазмы, накопление нейтрофилов). Белки острой фазы воспаления Концентрация некоторых белков плазмы крови, имеющих общее назва- ние «белки острой фазы», резко увеличивается в ответ на инфекцию или по- вреждение тканей. К этим белкам относятся: ЦРБ, сывороточный амилоидный А-белок, α 1 -антитрипсин, α 2 -макроглобулин, фибриноген, церулоплазмин, С9 и фактор В. Выделение макрофагами ИЛ-1 приводит к повышению температуры тела (что усиливает фагоцитоз) и усилению синтеза ЦРБ в печени. ЦРБ человека состоит из 5 идентичных нековалентно связанных полипеп- тидных цепей, формирующих замкнутый пентамер. При участии Са 2+ ЦРБ свя- зывается с фосфорилхолином мембран микроорганизмов и активирует компле- мент по классическому пути. Видимо, каким-то образом данный комплекс свя- зывается с головками C1q (известно, что для его активации необходимо связать более одной из 6 головок). Активация субкомпонента Clq активирует Clr, кото- рый, в свою очередь, приобретая протеолитическую активность, активирует Cls. Активированный Cls активирует С4. С4b ковалентно связывается с мем- 76 браной бактерии и затем связывает С2. С2 в комплексе C4bC2 активируется Cls. Комплекс C4bC2b представляет собой С3-конвертазу классического пути. Интерфероны Интерфероны играют роль в борьбе с вирусной инфекцией (γ-интерферо- ны относятся к лимфокинам и активируют макрофаги), ограничивая распро- странение вирусов. При вирусной инфекции клетки синтезируют интерфероны, которые проникают в межклеточное пространство и взаимодействуют со спе- цифическими рецепторами незараженных клеток. Видимо, при этом происхо- дит активация по меньшей мере 2 генов, кодирующих: 1) протеинкиназу, кото- рая фосфорилирует рибосомальный белок и фактор инициации, снижая транс- ляцию вирусной мРНК, и 2) фермента, катализирующего образование коротко- го полимера адениловой кислоты. Этот полимер, в свою очередь, активирует латентную эндонуклеазу, что приводит к деградации мРНК вируса. Калликреин-кининовая система представлена совокупностью белков и ферментов плазмы крови. Эта система активируется различными протеазами (лизосомальные ферменты, плазмин, тромбин, фактор Хагемана). Соприкосно- вение с поврежденной поверхностью или изменение внутренней среды орга- низма (температуры, рН) приводит к тому, что фактор Хагемана становится ак- тивным и осуществляет конвертацию неактивного фермента калликреиногена в активный – калликреин. Под действием калликреина происходит переход α 2 - глобулина плазмы крови – кининогена в активные кинины, основными из кото- рых являются брадикинин (полипептид, состоящий из 9 аминокислотных остатков) и каллидин (10 аминокислотных остатков). Кинины расширяют пре- капиллярные артериолы и увеличивают проницаемость капилляров, что приво- дит к формированию воспалительного отека и гиперемии, а также раздражают нервные окончания, вызывая болевые ощущения и зуд. Система пропердина Пропердин, или фактор P – глобулярный белок, обнаруженный в сыво- ротке крови высших животных и человека. Представляет собой несколько рас- творённых в кровотоке проферментов, относящихся к системе комплемента. Известно, что пропердин участвует в некоторых специфических иммунных ре- акциях. Он играет роль в развитии воспаления ткани, а также в процессе по- глощения фагоцитами чужеродных агентов. Кроме того, показано его участие в нейтрализации некоторых вирусов. Как компонент альтернативного пути акти- вации комплемента (иначе известного как «пропердиновый путь»), он образует комплексы с другим белком, C3b, для стабилизации альтернативной C3-конвер- тазы (C3bBb), которая затем расщепляет C3. Система пропердина в настоящее время изучена не до конца, функции некоторых белков системы неизвестны. Система внеклеточного уничтожения Нормальные киллеры (НК) способны уничтожать клетки, инфицирован- ные вирусами. Цитотоксичность НК усиливается под воздействием интерферо- 77 нов, которые продуцируются клетками, пораженными вирусами. НК – большие зернистые лимфоциты с характерной морфологией. В их гранулах содержатся перфорин (похож на С9) и 2 сериновые протеиназы. Хондроитинсульфат А при низких значениях рН внутри гранул связан с перфорином, предотвращая ауто- лиз клетки. Видимо, инфицированная вирусом клетка экспрессирует на своей мембране определенные гликопротеины, которые и распознаются НК. За счет рецепторного взаимодействия нормальные киллеры активируются, и содержи- мое их гранул выбрасывается во внеклеточное пространство. Перфорин при по- вышении рН отщепляется от хондроитинсульфата А и встраивается в мембрану клетки, вызывая ее осмотический лизис. Эозинофилы осуществляют внеклеточное уничтожение крупных парази- тов типа гельминтов. Гранулы эозинофилов содержат главный основный белок (в ядре гранул), катионный белок и пероксидазу (в матриксе гранул), арилсуль- фатазу В, фосфолипазу D, гистаминазу, белок типа С9. Имеют рецепторы для C3b. Большинство гельминтов способны активировать комплемент по альтер- нативному пути, однако они устойчивы к действию С9. На мембранах паразита фиксируются С3b, которые через специфический рецептор активируют эозино- филы, что приводит к выделению главного основного белка и катионного бел- ка, а также «дыхательному взрыву», сопровождающемуся выработкой актив- ных форм кислорода. Все это приводит к повреждению мембраны гельминта. Многочисленные исследования показали, что влияние алкоголя, курения и ионизирующей радиации на неспецифическую резистентность человеческого организма в основном носит негативный характер. Влияние ионизирующей радиации на иммунологическую реактивность Многолетний мониторинг состояния здоровья населения, облученного малыми и средними дозами ионизирующей радиации в результате аварии на ЧАЭС, показал, что иммунодефицит у данных лиц определяется достаточно редко. Чаще выявляется количественная или функциональная недостаточность тех или иных субпопуляций иммунокомпетентных клеток и/или нарушение продукции гуморальных факторов резистентности разной степени выраженно- сти. Отмечают значительное увеличение частоты выявления аллергических за- болеваний (до 20%) и клинических проявлений иммунной недостаточности (до 80%) у лиц, облученных в дозе свыше 0,25 Гр. Результаты обследования боль- ных со стойкими лимфоцитозом и лейкопенией, связанными с влиянием облу- чения, в 2/3 случаев выявляли наличие персистирующих инфекций – цитомега- ловирусной, токсоплазменной и др. Результаты выполненных в первые после- аварийные годы исследований иммунной системы у детей, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях, свидетельствуют о наличии нерез- ко выраженных, но статистически достоверных негативных отклонений в суб- популяциях Т- и В-лимфоцитов от соответствующих показателей контрольной группы пациентов. Во время наблюдений в 1991-1996 гг. были выявлены раз- личия между группами облученных и необлученных детей по уровню содержа- ния главных регуляторных субпопуляций лимфоцитов периферической крови 78 (В-клеток, НК, CD3+, CD4+ Т-клеток), причем выраженность данных измене- ний прямо коррелировала с поглощенной дозой ионизирующего облучения. Почти у половины населения, проживающего в районе ядерного полигона близ Семипалатинска, была выявлена неполноценность иммунитета. Сформи- ровалась вторичная иммунологическая недостаточность, характеризующаяся снижением количества Т-хелперов, падением активности фагоцитоза, В-лимфо- пенией с гипогаммаглобулинемией М, G и нарастанием уровня IgA, угнетением функциональной активности нормальных киллеров. Синдром преждевременно- го старения иммунной системы был максимально выражен у лиц, достигших к началу испытаний ядерного оружия 15-летнего возраста. Влияние курения на иммунологическую реактивность На сегодня известны многочисленные исследования, которые показали, что курение негативно влияет на иммунную систему. С курением связано нарушение иммунной защиты организма и вытекающий из этого повышенный риск определенных инфекций и злокачественных новообразований. У курильщиков повышено содержание лейкоцитов в периферической крови. Характерно, что при прекращении курения или его возобновлении коли- чество лейкоцитов в течение ближайшего полугода соответственно уменьшает- ся или увеличивается пропорционально количеству выкуриваемых сигарет. Т- лимфоциты-хелперы (CD4+) у курильщиков значительно повышены, а Т-лим- фоциты-супрессоры (CD8+) – понижены. Исследуя уровень иммуноглобулинов в слюне и сыворотке курящих в сравнении с контрольной группой, установили, что у курящих концентрация иммуноглобулинов G, M, A значительно снижена. Содержание IgE в сыворотке крови у курящих существенно выше, чем у неку- рящих. Повышенное содержание IgE у курильщиков приводит к выраженным аллергическим реакциям, которые проявляются в виде риноконъюнктивита, бронхиальной астмы, атопических заболеваний кожи и др. Влияние алкоголя на иммунологическую реактивность Постоянное употребление спиртного в значительных количествах нано- сит вред иммунной системе. После длительного злоупотребления алкоголем наблюдается снижение концентрации макрофагов в периферической крови и их фагоцитарной активности. Понижается уровень лизоцима в тканях различных внутренних органов, слюне, слезах. Снижается уровень лимфоцитов (прежде всего – Т-лимфоцитов), циркулирующих в крови. Эксперимент, проведенный на мышах, которым давали воду, разбавлен- ную этанолом, показал, что уровень синтеза провоспалительных цитокинов у таких мышей достоверно снижался, но возрастала концентрация противовоспа- лительного цитокина ИЛ-10, что типично для снижения реактивности иммун- ной системы. Указанная реакция сохранялась не менее 24 часов после одно- кратного приема алкоголя. |