Микроорганизмы, токсины и эпидемии. Глава 1.1. Инфекционная болезнь

По замечанию Клода Бернара, болезнь является обязательным проявлением жизни, спутником ее эволюции и усложняется в соответствии с усложнением функции и структуры живых существ, т.е., если болезнь рассматривать не только с узко антропоцентрической точки зрения, то болеют на всех этажах эволюционной лестницы — начиная с наиболее простых форм жизни: вирусов, бактерий, амеб. Первичным и основным звеном развития болезни является повреждение. В наиболее общем смысле, повреждение живого тела на любом уровне (молекулярном, субклеточном, клеточном, органном, организменном, популяционном) представляет такое изменение его строения и функции, которое не способствует, а мешает жизни и существованию организма в окружающей среде [Адо А.Д., 1985].

Для вируса, проникшего в клетку, болезнью будет его неспособность синтезировать макромолекулы, собирающиеся в вирусную частицу. У многоклеточных организмов такую болезнь вируса может вызвать, например, программируемая гибель клеток (апоптоз), инфицированных этим вирусом. Повреждение размножившегося в клетках хозяина вируса, способны вызвать антитела и система комплемента. В этом случае причиной болезни вируса будут его нейтрализация и опсонизация, лизис вирусинфицированных клеток, усиление воспалительного и иммунного ответов на него хозяина.

Бактерии могут быть разрушены антибактериальными веществами в жидкостях и любых тканях, в которые они проникают. Их могут переварить полиморфно-ядерные и одноядерные фагоциты, нейтрализовать и опсонизировать антитела, действующие совместно с системой комлемента, и др.

Повреждение макроорганизма начинается с изменения строения и свойств различных молекул в клетках тканей, где размножаются микроорганизмы, при этом клетки погибают. Однако повреждение на уровне отдельных тканей у многоклеточных практически всегда проявляется на организменном уровне. Например, вирус полиомиелита внедряется в нервные клетки передних рогов спинного мозга и размножается в них. В результате гибели этих клеток развивается повреждение моторных центров передних рогов с параличами и атрофией скелетной мускулатуры и другими проявлениями болезни.

Развитие, течение и исход болезни в значительной степени, кроме процессов повреждения, определяются реактивными процессами. В самой общей форме реактивность есть способность организма как целого отвечать изменением жизнедеятельности на воздействие окружающей среды. По своей сути термин «реактивность» означает механизм устойчивости организма к вредным влияниям среды [Адо А.Д:, 1985].

Реактивность микроорганизмов закреплялась естественным отбором миллиарды лет и отнюдь не носит примитивный характер, хотя их самих, нередко, в литературе называют примитивными формами жизни (правильнее их называть более древними формами жизни). Например, в настоящее время у ортопоксвирусов идентифицировано, по крайней мере, четыре гена, белковые продукты которых способны ингибировать апоптоз клеток по самым различным механизмам, и пять генов, способных контролировать развитие воспалительных реакций организма хозяина [Маренникова С.С., Щелкунов С.Н., 1998]. Бактерии способны замедлять воспаление, противодействовать хемотаксису фагоцитов, предотвращать иммунную реакцию и делать еще многое другое, что повышает их устойчивость к факторам среды макроорганизма [Smith H., 1995].

Но чем сложнее организован организм, тем большим арсеналом средств активного реагирования на повреждение он располагает. У многоклеточных таким арсеналом противодействия микроорганизмам стала система иммунитета (рис. 1). Термином «иммунитет» и его синонимами (невосприимчивость, толерантность, устойчивость, резистентность, неуязвимость и др.) обозначают способность живых существ противостоять агрессии со стороны представителей других биологических видов. Классификация явлений невосприимчивости (по механизмам их защитного действия) позволяет выделить конституциональные, фагоцитарные и лимфоидные факторы, образующие взаимодополняющие защитные системы [Румянцев С.Н., 1984]. Однако, даже действуя скоординировано, все системы иммунитета оказываются не в состоянии предотвратить развитие болезни у макроорганизма. Это вызвано тем, что два организма, способные как к повреждению, так и к реактивным ответам, вступают в особую биотическую связь, при которой повреждается один из них.

Рис. 1. Зависимость арсенала защитных механизмов, которым располагает биологический вид от его положения в эволюционно сложившейся иерархии видов. Системы иммунитета: 1 — конституциональная, 2 — фагоцитарная, 3 — лимфоидная

Макроорганизм в этой биотической связи выступает как хозяин, микроорганизм как паразит. Их взаимодействие носит антагонистический характер и называется инфекцией (от лат. infecto — вносить нечто вредное, заражать). Результат повреждения клеток — высвобождение энергии в окружающую среду. Поэтому паразитическое существование создает микроорганизму много преимуществ: он получает от хозяина ряд метаболитов без значительных энергетических затрат со своей стороны, а также использует его как территорию для обитания и размножения. Основываясь на первом законе термодинамики, мы можем прийти к выводу, что не может быть паразитизма без повреждения хозяина. Но из него же следует и обратный вывод — повреждение хозяина, которое мы наблюдаем, но пока не можем объяснить, может быть результатом паразитизма. Если взглянуть на данную проблему с эволюционной точки зрения, то переход к паразитизму для микроорганизма это, безусловно, успех. Болезнь же хозяина, обратная сторона этого успеха.

Теперь посмотрим, что же нужно паразиту для образования такой биотической связи. В отличие от неживой окружающей среды (почва, воздух, гниющие субстраты), хозяин для микроорганизма — высокоспециализированная среда обитания, которая способна активно реагировать на него и контролировать его размножение. Реакция же паразита на противодействие хозяина, должна обеспечить ему возможность паразитического существования, т.е. он должен быть для хозяина патогенным.

Патогенность — это способность некоторых микроорганизмов (патогенов) вызывать болезнь. Однако любая болезнь, в том числе и инфекционная, это свойство живого организма. Поэтому патогенность — не столько (иногда, не сколько) свойство микроорганизма, но и функция организма хозяина, иммунный статус которого «разрешает» тот или иной патогенез инфекции [Бухарин О.В., Литвин В.Ю., 1997].

Вирулентность — синонимичный термин, иногда его определяют как меру патогенности. Часто термин «патогенность» используется в отношении микробных видов, а «вирулентность» в отношении штаммов внутри видов: например, вид Bacillus anthracis более патогенен, чем Bacillus subtilis, а штамм Vollum Bacillus anthracis более вирулентен, чем штамм Sterne [Smith H., 1995].

Чем более патогенен микроорганизм, тем большие повреждения и нарушения он вызывает у макроорганизма. Чем менее способен организм хозяина предотвратить эти нарушения, тем тяжелее протекает инфекция, тем выраженнее проявления болезни. Адаптировать микроорганизм к организму того или иного вида животного — значит сделать данный микроорганизм для него патогенным. Однако известны так называемые авирулентные или апатогенные штаммы возбудителей инфекций (например, их вакцинные штаммы), способные размножаться в организме животного или человека, не причиняя ему вреда. Это явление можно рассматривать как взаимную адаптацию микро- и макроорганизма [Адо А.Д., 1985]. Другой сложный феномен взаимной адаптации макро- и микроорганизма, это носительство. Его можно рассматривать как одну из форм паразитизма, отражающую возможность выживания и сохранения тех паразитов, которые не приводят к гибели своих естественных хозяев [Бухарин О.В., Усвяцов Б.Я., 1996]. Поэтому в обоих случаях нет оснований говорить об инфекции, а в особенности об инфекционном процессе и болезни.

Инфекционный процесс и инфекционная болезнь наступают тогда, когда адаптация является односторонней, и микроорганизм размножается и разрушает макроорганизм, который оказался не в состоянии предотвратить эти разрушения [Адо А.Д., 1985].

Несколько обособлено стоит группа инфекционных болезней, вызываемых не живым возбудителем, а продуктами его жизнедеятельности, накопленными вне организма в различных субстратах (например, ботулинический токсин в продуктах питания). В патогенезе этих состояний нет инфекционного процесса, а присутствует лишь его составная часть — процесс интоксикации, тяжесть которого определяются видом и количеством токсина [Покровский и др., 1979].

В последние годы стал более сложным ответ на вопрос о причинах отдельных соматических и инфекционных болезней и, даже, проведения различий между ними. Казалось бы, что может быть проще? Причиной возникновения у человека сибирской язвы является его инфицирование В. anthracis; причиной гриппа, инфицирование вирусом гриппа, причиной атеросклероза отложение холестерина и т.п. Однако, что является причиной цитомегаловирусного ретинита или пневмонии? Цитомегаловирус? Известно, что причиной болезни можно считать только тот фактор, без которого возникновение и развитие именно данной болезни невозможно [Адо А.Д., 1985]. Но обе болезни возникают, в основном, у больных СПИДом, т.е. у лиц, иммунная система которых повреждена другим вирусом (рис. 2). Может ли ВИЧ-инфекция считаться фактором, способствующим развитию цитомегаловирусного ретинита или пневмонии? Ответ на этот вопрос может быть однозначным — да, может! Но будет ли он верным? Сам ВИЧ не убивает своего хозяина. Он является причиной болезни, называемой сегодня СПИДом, в свою очередь, представляющей целый комплекс различных инфекционных болезней. Гибель человека наступает от одной из них, в том числе и от вызванной цитомегаловирусом. D. Xuminer и соавт. (1987) сделали ретроспективный анализ медицинской литературы и выявили 14 случаев инфекционных болезней, описанных под разными диагнозами до 1981 г., которые соответствуют критериям, предложенным для СПИДа. Но ВИЧ тогда не был известен, поэтому несколько случаев пневмоний описаны ими как цитомегаловирусные, т.е., столкнувшись с какой-то новой инфекционной болезнью, мы легко можем принять ее следствие за ее причину. Но и этот ответ будет верен лишь отчасти.

Рис. 2. Цитомегаловирусное повреждение сетчатки глаза человека при СПИДе. В большинстве случаев цитомегаловирусной инфекции отмечается бессимптомное вирусоносительство. Однако при СПИДе патогенные свойства вируса проявляются разнообразными поражениями, невозможными в иммунокомпетентном организме. Цитомегаловирус, как и ВИЧ, способен подавлять клеточный иммунитет хозяина. Поэтому действие обоих вирусов на иммунную систему интегрировано. Видимо ближе к истине будут О.В. Бухарин, В.Ю. Литвин (1997), считающие, что патогенность не всегда удается адекватно оценить в «чистом виде», так как она может быть интегрированным результатом действия нескольких сочленов паразитоценоза хозяина. На рисунке видны участки отмершей ткани (светлые) и облитерация кровеносных сосудов (темные участки). Черная область — отслоившиеся участки [Милз Д., Мазур Г., 1990]

Рассмотрим другой пример сложности однозначного толкования причины инфекционной болезни. Лечение флюконазолом грибковой инфекции у больных СПИДом, приводит к заметному увеличению количества больных, инфицированных более устойчивым к препарату дрожжевым патогеном — Candida krusei (ранее практически не встречавшегося клиницистам), быстро приводящего их к летальному исходу от диссеминированного кандидоза [Samara-nayake Y., Samaranayake L., 1994].

Получается, что причина болезни — ВИЧ, но клиницисты видят патологические проявления кандидоза, вызванного одним возбудителем (Candida albicans), а гибель больного наступает от другого возбудителя (Candida krusei). Видимо и в том и другом случае ближе к истине будет не А.Д. Адо (1985), а О.В. Бухарин, В.Ю. Литвин (1997), считающие, что патогенность не всегда удается адекватно оценить в «чистом виде», так как она может быть интегрированным результатом действия нескольких сочленов паразитоценоза хозяина.

***

Болезнь является обязательным проявлением жизни, спутником ее эволюции и усложняется соответственно функции и структуры живых существ. Первичным и основным звеном развития болезни является повреждение. При инфекционной болезни повреждение макроорганизма начинается с изменения в строении и свойствах различных молекул в клетках тканей, где размножаются микроорганизмы, при этом клетки погибают. Но развитие, течение, исход инфекционной болезни, в значительной степени, кроме процессов повреждения, определяются реактивными процессами. Чем более патогенен микроорганизм, тем большие повреждения и нарушения он вызывает в макроорганизме. Чем менее способен организм хозяина предотвратить эти нарушения, тем тяжелее протекает инфекция, тем выраженнее проявления болезни. Инфекционный процесс и инфекционная болезнь наступают тогда, когда адаптация является односторонней, и микроорганизм размножается и разрушает макроорганизм, который оказался не в состоянии предотвратить эти разрушения. Не всегда инфекционную болезнь вызывает какой-то один возбудитель. Она может быть интегрированным результатом действия нескольких сочленов паразитоценоза хозяина.