Микробушки. Взгляд в бесконечность, полную жизни

Иногда, правда, инфекции могут пользоваться «неродными» путями передачи. Например, уже упомянутый клещевой вирусный энцефалит (КВЭ), являясь трансмиссивной инфекцией, на эндемичных территориях может распространяться и пищевым путём (и для этого вовсе не нужно съедать заражённого человека). Эндемичные – это такие территории, где циркуляция возбудителя постоянно сохраняется в популяции переносчиков или заражённых животных. Так вот, в эндемичных для КВЭ областях им болеют и люди, и животные (это зоонозная инфекция), например, домашние козы и коровы. Так вот, при употреблении некипячёного молока от них и можно заразиться вирусным энцефалитом.

Все перечисленные пути описывают передачу инфекции между ныне живущими поколениями людей. Но некоторые инфекции (ВИЧ, гепатиты, корь, сифилис, токсоплазмоз) могут передаваться от матери к плоду или новорождённому ребёнку. Это называется вертикальной передачей инфекции. Среди учёных нет устоявшейся точки зрения на то, механизм это или путь. Тем более что в одних случаях инфицирование происходит при прохождении через родовые пути, а другие возбудители способны проникать через гематоплацентарный барьер в ходе беременности. Поэтому для простоты будем считать, что это самостоятельный путь передачи.

Такую же самостоятельность иногда приписывают артифициальному пути передачи инфекции («артис» – искусство) – это искусственный перенос возбудителя в восприимчивый организм при нестерильных медицинских (в том числе лабораторных) или парамедицинских манипуляциях. Под последними понимаются татуаж, пирсинг, а также инъекции нестерильными инструментами и шприцами. Мы говорили о них выше, упоминая о заразности гепатитов В и С (хотя иногда его считают подтипом гемоконтактного пути передачи).

Стоит сказать, что в действующей версии Международной классификации болезней (МКБ-10) приведено более 300 нозоформ инфекционных болезней – а возбудителей их ещё больше (скажем, все ОРВИ объединены под одним кодом J06.9, а ведь вызывают их сотни разных вирусов). Инфекционистам в своей работе неизбежно приходится искать какие-то общие подходы к их лечению, а эпидемиологам – к профилактике. И несмотря на то, что коварные микробы не желают полностью укладываться в рамки никаких классификаций, эпидемиологический подход позволяет сузить поиск общих решений, определить, на какие звенья эпидпроцесса и как лучше воздействовать в первую очередь.

Воздействие может быть разным. Первым звеном является источник инфекции. Значит, для начала нужно вовремя выявить всех возможных заражённых – для этого существует множество методов клинической и лабораторной диагностики. Зная, как распространяется та или иная инфекция, уже принимают решение – нужно ли выявленных заражённых изолировать. Так, грипп или дизентерия – острозаразные инфекции, и таких больных нужно госпитализировать или хотя бы ограничить их общение с окружающими. При этом одна инфекция респираторная, а другая – кишечная, и меры предосторожности нужно соблюдать несколько разные, так же как и использовать разные средства защиты. А вот при вышеупомянутой «мышиной лихорадке» (ГЛПС) человек не опасен для других людей – заражение происходит только от контакта с выделениями больных грызунов.

Второе звено – механизм передачи инфекции. Чтобы эту передачу разорвать, мы будем «охотиться» за возбудителем, который только в этой фазе и находится в окружающей среде, а значит, и наиболее доступен для внешнего воздействия. Здесь основную роль будут играть дезинфекционные мероприятия, обеззараживание воздуха различными способами (вы наверняка слышали об ультрафиолетовых лампах, а возможно, и видели их характерный голубой свет в медицинских учреждениях, а сейчас появились и новые методы с использованием фильтрации или электростатического воздействия), применение кожных антисептиков и т. п. Социальное дистанцирование, отказ от посещения мест скопления людей в период повышенной заболеваемости и ношение масок и респираторов – тоже способы разрыва второго звена эпидпроцесса.

Ну а как воздействовать на восприимчивых к инфекции людей так, чтобы они стали невосприимчивыми? В основном здесь речь идёт о специфической профилактике – то есть вакцинации против конкретных инфекций. Обычно каждое государство принимает свой перечень инфекций, которые распространены на его территории, с учётом наиболее уязвимых возрастов и социальных групп. Так, перед коклюшем, например, наиболее беззащитны малыши до двух лет, а медики и педагоги больше подвержены риску заражения респираторными инфекциями, чем трудящийся в цеху работник завода. Кроме того, в России нет жёлтой лихорадки, а во многих странах Африки, Южной Америки и Карибского бассейна она распространена – исходя из этого органы здравоохранения и составляют каждый свой Национальный календарь прививок.

К сожалению, против многих инфекций нельзя (или пока не удаётся) создать эффективные вакцины. И в рамках воздействия на 3-е звено эпидпроцесса, то есть нас самих любимых, приходится укреплять сопротивляемость инфекциям различными неспецифическими способами – полноценным питанием, введением в него витаминных добавок, здоровым образом жизни и т. п. Ведь общее состояние организма неизбежно влияет на функциональность иммунитета. Плюс в последнее время появились противовирусные препараты, имеющие, помимо лечебной, ещё и профилактическую схему приёма. Это подходит людям из группы риска, или если в ближайшем окружении уже есть заболевший. Однако работает, как понятно из названия, только против вирусных инфекций.

Ну, и напоследок несколько слов о правильном применении терминов «эпидемический» и «эпидемиологический». Возможно, по ходу изучения этой главы вы уже поняли, что «эпидемиоЛОГический» – это связанный с наукой («логос») эпидемиологией. В этом случае мы говорим «эпидемиологическое расследование», «эпидемиологическая классификация» и так далее. А вот «ЭПИДЕМический» – это уже как-то относящийся к процессу распространения инфекции, к эпидемии. Поэтому процесс и уровень заболеваемости у нас – эпидемические. Некоторые сложности возникают с выбором правильного прилагательного для терминов «обстановка» и «ситуация». Тут правомочны оба варианта: и эпидемиологическая обстановка (у военных эпидемиологов, например, в ходу именно такая формулировка), и эпидемическая обстановка/ситуация (особенно употребима в журналистских репортажах).

Глава 3. «Бить буду аккуратно, но сильно!» – как работает иммунитет

В первой главе книги мы сказали, что иммунитет – это способ защиты организма от повреждающих факторов внешнего и внутреннего происхождения, направленный на поддержание и сохранение наружной целостности и постоянства внутреннего состава организма, его биологической индивидуальности и, в итоге, способности передавать свои никем и ничем не повреждённые гены потомству, а значит, обеспечивать выживание своего биологического вида.

Фух, как ни старайся сформулировать простыми словами, всё равно получается громоздко и сложно. И почему вообще нужно так тщательно оберегать организм от проникновения чужеродных веществ и тем более микроорганизмов? Какие молекулы, клетки, ткани и органы обеспечивают иммунные функции в организме человека и как они связаны с такими понятиями, как аллергия, воспаление, заживление? Как организм понимает, что столкнулся с чем-то чужеродным и опасным, и как он запоминает такие «встречи», чтобы быть готовым к ним в будущем?

Как видите, целый ряд вопросов возникает при изучении иммунитета, да ещё все они имеют свои особенности и нюансы на разных уровнях организма – от биохимии молекул и клеточного взаимодействия до повышения температуры тела в целом (лихорадка – типичное внешнее проявление иммунного ответа и воспаления). Попробуем хотя бы в общих чертах ответить на них.

3.1. Зачем нам иммунитет?

Прежде всего обратим внимание на понятие гомеостаза. Этот термин происходит от сочетания греческих слов, дословно означающих «постоянство состояния».

Чтобы понять, о чём идёт речь, представьте себя… на пляже! Светит солнышко, тёплый песочек, с моря дует приятный бриз, а если станет жарко, можно плюхнуться в море. Или забраться под зонтик и кушать там персики. Благодать! Однако далеко не везде на планете присутствуют курортные условия, а скорее даже наоборот. Почему же нам гораздо приятнее валяться в сентябре на побережье Чёрного моря где-нибудь в Сочи, чем на побережье Белого моря в Архангельске? Всё дело в том, что мы воспринимаем как комфортные условия очень узкий диапазон параметров внешней среды. В свою очередь, причиной такой прихотливости является относительное постоянство параметров среды внутри наших тел. Вспомните – нормальная температура нашего тела около 36,60С. Всего на полградуса выше, и мы уже начинаем бить тревогу – в организме что-то не в порядке! Какие-то 5—6 градусов отделяют нас от гибели в результате гипертермии. А что такое для погоды колебания на 5—6 градусов? В России в средней полосе по весне можно одновременно видеть людей в шортах и людей в пуховиках – смотря кто во сколько вышел из дома. А на плоскогорьях Забайкалья с его сухим резкоконтинентальным климатом разница дневных и ночных температур может перешкаливать и 40 градусов – вот какие у нас «заколебания»! Организму приходится постоянно напрягать механизмы терморегуляции, чтобы нивелировать эти внешние изменения, держать внутреннюю температуру в пределах допустимой. И это только один параметр гомеостаза.

А представьте, например, что вдруг у вас… вырос хобот! Да, тянуться к верхней полке в шкафу станет проще, но всё-таки, в отличие от слона, у нас есть руки, и мы к ним как-то больше привыкли. Но хобот ещё куда ни шло, а если вместо хобота вырастет пятачок? Вот это уже настоящий конфуз. Однако обычно ничего такого «звероподобного» в облике человека не наблюдается (за исключением редкого проявления так называемых атавизмов). Потому что, например, группа так называемых box-генов определяет строение тела, в том числе и чем мы будем отличаться от Слонёнка и Фунтика. Гены кодируют синтез всех белков организма, полностью формируя наш облик. И если поместить в наш организм гены другого существа, то не факт, что это приведёт к чему-то хорошему. Правда, мы сами уже довольно давно измываемся подобным образом над другими живыми организмами. Скажем, генно-модифицированные дрожжи со встроенным геном вируса гепатита В производят для нас белок, из которого мы получаем вакцину против гепатита В, а дрожжи и кишечные палочки с внедрённым геном человеческого инсулина синтезируют этот важный гормон, необходимый для диабетиков. Но такие хитрости мы придумали не сами – ими ежедневно занимаются вирусы, заставляя в том числе и наши клетки синтезировать вирусные белки, обеспечивая дальнейшее воспроизводство этих маленьких, но зловредных биологических программ (помните, как в первой главе мы сравнивали их с компьютерными вирусами?). Кстати, генно-модифицированные кишечные палочки и дрожжи абсолютно не могут выживать в обычных условиях среды. Их там забивают соседи, в том числе «дикие» сородичи того же вида. Не потому, что у них существует ксенофобия (в этом плане они лучше людей), а потому, что изменённые человеком микроорганизмы тратят энергию и ресурсы на выработку чуждого и абсолютно ненужного им белка, а потому неизбежно проигрывают в конкуренции за «место под солнцем». То же самое происходит и с человеком, заражённым вирусом. Даже банальная ОРВИ способна настолько выбить нас из колеи, что все намеченные планы идут прахом, а все желания сводятся к одному: забраться под одеяло с пачкой носовых платков. А ведь респираторные вирусы, включая даже коронавирусы и ужасный SARS-CoV2, не встраиваются в геном. Они только подчиняют себе белоксинтезирующий аппарат клетки. Стоит ли говорить, какие беды, в отличие от них, несут человеку ВИЧ и гепатит С – их вообще невозможно «вынуть» обратно, после того как они проникли и затаились среди наших собственных генов. Единственный выход для иммунитета в этом случае – уничтожить все заражённые клетки. Вот только может выясниться, что, кроме заражённых, больше никаких других клеток уже не осталось, а потому в результате войны вируса с иммунитетом у человека «отвалилась» печень (цирроз – частый исход хронических вирусных гепатитов) или полностью разрушился иммунитет (итог заболевания ВИЧ-инфекцией).

Что-то похожее происходит и в том случае, если наши собственные клетки «поломались». Ведь гены постоянно подвергаются повреждающим влияниям: кванты ультрафиолетового и другого электромагнитного излучения, молекулы свободных радикалов, ошибки при репликации ДНК – всё это приводит к мутациям. Однако в клетках человека есть специальные системы репарации, которые выявляют и исправляют их. Но порой эти системы не справляются, и клетка перерождается в настоящего «берсерка»: начинает бесконтрольно делиться и поглощать питательные вещества, отравлять организм продуктами метаболизма – вы, наверное, уже поняли, что так происходит озлокачествление клеток с развитием онкологических заболеваний (возможно, в литературе вам встретится термин «малигнизация»). Вовремя найти и обезвредить переродившиеся клетки – это тоже задача иммунитета. Конечно, с возрастом или под влиянием неблагоприятных факторов – плохой экологии, воздействия алкоголя, производственных вредностей, да тех же вирусов, в конце концов, – системы репарации и иммунитета начинают «уставать», работают хуже. Поэтому онкологи справедливо говорят: «Рак (раковые клетки) есть у каждого, но не каждый доживает до опухоли».

В отличие от вирусов и мутаций, болезнетворные бактерии и другие паразиты не повреждают наш геном, но они всё равно нарушают постоянство внутренней среды, отбирают ценные ресурсы и отравляют организм отходами своей жизнедеятельности.

Поэтому организму необходимо строго соблюдать постоянство своей внутренней среды, а уж собственные гены вообще нужно беречь как зеницу ока, потому что без них (или с чужими и поломанными) мы становимся уже не совсем людьми. И если для регуляции температуры, газового и солевого баланса у нас есть специальные врождённые механизмы и приобретённая «соображалка» (хотя глядя, как некоторые мои студенты рассекают в лёгких «кроссах» без носков в минус 20, я начинаю сомневаться в наличии у них последней), то против целенаправленных атак патогенов эволюции пришлось создавать целую отдельную систему организма – иммунную систему. У человека она вобрала в себя весь предшествующий опыт (ведь даже у некоторых вирусов есть механизмы восстановления повреждённых мутациями генов), но всё равно нельзя назвать её абсолютно совершенной – иначе бы инфекционные болезни не занимали 3-е место среди основных причин смерти людей. Иногда нам приходится ей помогать.

3.2. Такой разный иммунитет

Различают врождённый (видовой) и приобретённый (адаптивный) иммунитет. Видовой иммунитет неспецифический – за годы эволюции он сделал нас невосприимчивыми ко многим окружающим микробам, например, к большинству инфекций животных (некоторые представления об этом мы получили, обсуждая патогенность микробов для разных биологических видов). Кроме того, он очень быстрый – срабатывает моментально в ответ на проникновение антигенов в организм. Однако он слишком консервативный – вот появился, скажем, ранее незнакомый ему коронавирус, и врождённый иммунитет спасовал. Но всё равно для иммунного ответа необходимо, чтобы сначала сработал врождённый иммунитет – именно он даёт «команду на запуск» адаптивного иммунитета.

Адаптивный иммунитет, в отличие от врождённого, требует много времени на «запуск», но умеет опознавать совершенно любые антигены, а главное – запоминать их на будущее. За счёт этой иммунной памяти в следующий раз иммунитет срабатывает уже гораздо расторопнее (формируется вторичный иммунный ответ), но только если встреча произошла с тем же самым антигеном, который он специфически опознаёт. Если антиген будет другой, процесс придётся начинать заново – это снова будет первичный иммунный ответ. На этом основана тактика ряда инфекционных возбудителей, особенно вирусов – под влиянием мутаций они слегка меняют свою антигенную структуру, ускользая от иммунитета или заставляя его каждый раз бессмысленно проходить цикл формирования иммунной памяти.

Если представить оба эти вида иммунитета как две союзные армии, то каждая из них должна иметь своё «оружие». У каждой армии оно двух типов: клеточные иммунные механизмы и гуморальные. С клетками всё понятно, а вот гуморальные («гумор» переводится с латыни как «жидкость») – это все сигнальные и эффекторные молекулы, циркулирующие в жидкой среде организма: сыворотке крови, лимфе и межклеточной жидкости. Наиболее часто ими служат белки: для врождённого иммунитета это будут дефензины, С-реактивный белок и система комплемента. А клетками-«солдатами» его являются нейтрофилы и макрофаги, нацеленные на уничтожение всего чужеродного. Хотя мы и сказали, что врождённый иммунитет «быстрый», но его армия – это что-то вроде неповоротливой пехоты времён Первой мировой войны, которая может встать стеной на пути патогена, но не всегда способна его стремительно одолеть.

Всё меняется, когда ей на помощь приходит «авиация и разведка» в лице гуморальных белков адаптивного иммунитета – антител – и его клеток лимфоцитов, способных безошибочно опознавать вражеские образы патогенных микробов.

Логично предположить, что молекулы иммунной системы синтезируются клетками, но сами клетки должны где-то образовываться! Так мы приходим к необходимости наличия органов иммунной системы. Но о них будет подробный рассказ чуть ниже, чтобы сейчас не слишком перегружать вас информацией.

3.3. Как работает иммунная система

Антиген – это любая молекула, которую иммунная система распознаёт как чужеродную и, следовательно, стремится как можно скорее от неё избавиться. Чаще всего антигенами являются молекулы белков и полисахаридов.

Иногда чужеродная молекула должна сначала соединиться с каким-то собственным белком организма, чтобы стать полноценным антигеном. Такой «предантиген» называется гаптеном. Но всё-таки самую резкую реакцию вызывают белки – то есть они наиболее иммуногенные. Поэтому аллергия чаще всего развивается именно на белковые молекулы – белок куриного яйца, глютен пшеницы и т. п. И да, аллергия – это одно из проявлений иммунитета, а вызывающий аллергию антиген именуют аллергеном.

Болезнетворный микроорганизм целиком не является антигеном. Даже вирусы слишком крупные для этого, и иммунной системе сложно опознавать их «в лицо». Ей гораздо проще различать отдельные молекулы на поверхности этих «лиц». Вирус окружён белковым капсидом, а на бактериях присутствуют молекулы липополисахарида, при этом то и другое – отличные, «сильные» антигены? Да и белковых частиц у бактерий тоже хватает: например, в составе жгутиков. Вот эти молекулы и опознаёт иммунная система. Только встаёт вопрос: как она это делает? Ведь глаз-то на иммунных клетках нет!

Если пользоваться образными сравнениями, то «слепые» клетки иммунной системы вынуждены в прямом смысле «нюхать» и «ощупывать» окружающее пространство в поисках антигенов. В помощь им существуют специальные молекулы, играющие роль «собак-поводырей», которые облепляют чужеродные частицы, помечая их для атакующих клеток и облегчая фагоцитоз.

Также это можно сравнить с пограничной службой, где клетки – бойцы-пограничники, а молекулы гуморального звена – пограничные собаки, которые помогают искать и задерживать нарушителей, а если надо, могут и загрызть.

Такие молекулы-«поводыри» есть в системе как неспецифического иммунитета, так и адаптивного. И они чётко придерживаются «философии» своего звена: первые атакуют любые антигены подряд, вторые (к ним относятся антитела) – только те, против которых были специально синтезированы (продолжая аналогии с собачками, можно сказать, что они взяли след нарушителя, и никакие шальные кошки их на себя уже отвлечь не могут).

К группе молекул неспецифического иммунитета относятся:

дефензины – их выделяют кожа, лёгкие, слизистая ЖКТ,

лизоцим (мурамидаза) – фермент, расщепляющий пептидогликан бактерий: содержится у человека в слюне, секретах слизистых, грудном молоке; у птиц – в белке яиц, поэтому фармацевтический лизоцим производят из белка куриного яйца,

О строении и функциях пептидогликана подробнее будет рассказано в главе, посвящённой бактериям

и компоненты комплемента – циркулируют в кровотоке, где в основном атакуют бактерии: могут делать это как самостоятельно, так и совместно с антителами (альтернативный и классический пути активации комплемента соответственно).

Не путайте комплЕмент и комплИмент – молекулы неспецифического иммунитета не имеют ничего общего с приятными словами, которыми вы желаете кого-то похвалить. «Комплементарность» означает соответствие чему-либо: молекулы комплемента соответствуют друг другу, то есть подходят как детали пазла. И при активации они действительно самособираются, только не в красивую картинку, а в особую кольцевидную структуру – МАК (мембраноатакующий комплекс). Это «колечко» имеет свойство встраиваться во внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактериальных клеток, играя роль поры, канала для воды. Попросту говоря, комплемент дырявит бактерии! Словно получившие заряд дроби, они теряют цитоплазму, не успевают откачивать лишнюю воду и в конце концов набухают и лопаются – лизируются.

Однако одни иммунные молекулы с защитой организма не справятся. Чаще всего они только метят обнаруженный патоген – опсонизируют его. Дальше в дело должны вступить клетки иммунитета. А как клеткам «нащупать» молекулу антигена на поверхности тех же бактерий и «услышать» антитела и компоненты комплемента? Они делают это с помощью специальных молекул, которые синтезируют на своей поверхности – чаще всего это опять-таки белки. Такая структура опознаёт только определённую отвечающую ей молекулу и не реагирует на другие. То есть они специфичны друг к другу. Называется эта структура на поверхности клетки рецептором. Само слово «рецептор» происходит от латинского «реципе» – возьми. Потому что молекула рецептора как бы берёт другую молекулу и опознаёт её форму как знакомую или незнакомую, а знакома ей (специфична) только одна-единственная форма.

С этого же слова начинались старинные врачебные прописи лекарственных препаратов, которые составлялись вручную из нескольких компонентов. Древний врач писал древнему аптекарю: возьми то-то и то-то в таком-то количестве, смешай, подпиши, выдай больному. Со временем такие прописи стали называться хорошо знакомым нам не только по медицине словом «рецепт».

И именно на специфическом связывании антигенов и сигнальных молекул со своими рецепторами на поверхности клеток основан запуск почти всех иммунных механизмов (да и практически любого межклеточного взаимодействия в организме вообще).

Представим: человек получил глубокое ранение конечности садовым инструментом. В земле обитает немало спорообразующих бактерий, и, к несчастью, одна очень опасная – столбнячная палочка («клостридиум тетани») – попала несчастному в рану. В глубине раны её споры оказались в подходящих условиях (клостридия – типичный анаэроб, то есть не нуждается в кислороде) и начали превращаться в делящиеся клетки. При этом они выделяют очень сильный токсин, вызывающий паралич мышц. В месте ранения и бактериального инфицирования часть клеток нашего организма погибла сразу, часть ещё держится, но оказалось под «атакой» патогена. И все они начинают, образно говоря, на разные голоса кричать об опасности: одни радируют: «SOS», другие отправляют в эфир последнее: «Умираю, но не сдаюсь». Только, естественно, делают они это не голосом, а на языке сигнальных молекул. Всё для того, чтобы предупредить соседние клетки и систему обороны организма о нападении неприятеля.

«Под раздачу» в месте проникновения бактерий попали и тучные клетки (тканевые базофилы) – эта группа лейкоцитов после образования в красном костном мозге мигрирует по кровотоку в ткани. Их цитоплазма набита гранулами таких веществ, как, например, гистамин. При повреждении тучной клетки или под действием сигналов SOS от клеток-соседей они выбрасывают содержимое гранул наружу. Гистамин очень вазоактивное вещество, но цветочные вазы здесь ни при чём: «ваза» с латыни – это сосуд. Под влиянием гистамина кровеносные сосуды, окружающие место проникновения патогена и повреждения тканей, резко расширяются. Спокойный ток крови в них, когда форменные элементы в основном организованно движутся по центру сосуда, нарушается – клетки крови, в том числе лейкоциты, завихрениями потока откидывает к стенкам. Здесь их рецепторы «чувствуют» сигнальные молекулы погибающих клеток, и лейкоциты немедленно «вспоминают», что они не просто расслабленные путешественники, а, на минуточку, грозные защитники организма. И начинают цепляться за эндотелий сосудов, а зацепившись – протискиваются сквозь него в ткани и мигрируют к месту проникновения патогена.