2. Стадии инфекционного процесса и его уровни

В развитии инфекционного процесса можно выделить несколько стадий.

• Проникновение микроба в макроорганизм (син. — зараже­ние, инфицирование), его адаптация в месте входных ворот инфекции, адгезия, т.е. связывание с чувствительными клет­ками и их колонизация.

• Образование ферментов, токсинов и других продуктов в процессе размножения и жизнедеятельности микробов, ко­торые оказывают как местное, так и генерализованное бо­лезнетворное воздействие на ткани и органы, что ведет к нарушению гомеостаза.

• В ряде случаев диссеминация (распространение) микробов за пределы первичного очага, что приводит к генерализа­ции инфекции.

• Формирование защитной реакции макроорганизма в ответ на патогенное действие микроба, направленной на нейтра­лизацию микроба и его токсинов, а также восстановление гомеостаза.

• Восстановление гомеостаза (т.е. выздоровление) и приоб­ретение макроорганизмом нового качества — иммунитета, т.е. невосприимчивости к микробу.

Формы проявления инфекционного процесса разнообразны. Этот процесс может протекать на молекулярном (субклеточном), клеточном, тканевом, органном и организменном уровне. Ин­фекционный процесс не всегда проходит все присущие ему стадии и может заканчиваться уже на ранних этапах, например, абор­тивное течение заболевания у иммунизированных лиц или лиц, ранее переболевших данным заболеванием.

2. Свойства микроба.

Понятие о патогенности и вирулентности

Для того чтобы вызвать инфекционный процесс, возбудитель должен обладать патогенностью (болезнетворностью). Патоген­ность (от греч. pathos — страдание, болезнь, genos — рожде­ние) — это видовой многофакторный признак, обозначающий потенциальную способность микроба вызывать инфекционный процесс.

Патогенность проявляется лишь в восприимчивом макроорганизме и характеризуется специфичностью, т.е. способностью вызывать определенное инфекци­онное заболевание. Например, возбудитель брюш­ного тифа вызывает только брюшной тиф, возбу­дители бруцеллеза — бруцеллез и т.д. Многие па­тогенные микробы приобрели способность поражать клетки тканей и органов, наиболее «подходящие» по своим биохимическим особенностям для их жизнедеятельности.

Например, возбудитель коклюша поражает трахею и бронхи, возбудитель холеры паразитирует в тонкой кишке и т.д. Это свойство называется органотропностъю.

Для того чтобы вызвать инфекционный процесс, патогенные микробы должны проникать в организм в определенной кри­тической инфицирующей дозе (патогенной), т.е. в минимальной дозе, которая вызывает стойкую адгезию, колонизацию, про­никновение в ткани возбудителя и дальнейшее развитие инфек­ционного процесса. Для каждого вида микроба имеется своя минимальная инфицирующая доза, т.е. число особей, способных вызвать заболевание. В естественных условиях для возникнове­ния инфекционного процесса патогенные микробы должны про­никать через определенные входные ворота инфекции — ткани и органы, через которые микроб попадает в макроорганизм. На­пример, для возбудителей кишечных инфекций входные воро­та — слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), а для воздушно-капельных инфекций — слизистая оболочка дыхательных путей. Однако есть патогенные микробы, которые в естественных условиях могут проникать через разные входные ворота, т.е. они обладают пантропностъю (поражают многие ткани и органы). К ним относятся возбудители зоонозов (чумы, ту­ляремии и др.).

Патогенность микробов зависит от многих факторов и под­вержена большим колебаниям в различных условиях. Для обозна­чения степени патогенности введено понятие вирулентности.

Вирулентность (от лат. virulentus — ядовитый) — это дина­мическое индивидуальное свойство (способность) данного штамма микроба вызывать инфекционный процесс, качественная харак­теристика патогенности или фенотипическое проявление гено­типа, свойственное микробу. По этому признаку все штаммы микроба данного вида могут быть подразделены на высоко-, умеренно-, слабо- и авирулентные.

О вирулентности патогенных микробов в лабораторных ус­ловиях судят по величине летальной и инфицирующей дозы для экспериментальных животных. При этом необходимо учитывать вид, пол, массу, условия содержания, полноценность питания и способ заражения экспериментальных животных, т.е. те фак­торы, которые влияют на достоверность и стандартность ре­зультатов опытов. Для снижения влияния индивидуальных ко­лебаний резистентности эксперимент проводят на значитель­ном числе животных. Летальная доза (LD) — это наименьшее количество возбудителя или токсина, вызывающее в определен­ный срок гибель конкретного количества (%) животных, взя­тых в опыт.

Так, Del (Dosis certe letalis) — гибель 100 % особей, Dim (Dosis letalis minima) — 95 %, LD^ (Letalis dosis— 90 %, LD₇₀ — 70 %, LD_S0 — 50 % и т.д. Инфицирующая доза (ID) — минимальное количество микробов, способное вызвать инфек­ционное заболевание у определенного количества (%) живот­ных, взятых в опыт. Например, ID_{00 — это 100 % заболева­емость, ID_S0 — 50 % и т.д. В лабораторной практике чаще пользуются показателями LD_S0 и Ю₅₀ как обеспечивающими достоверность и стандартность оценки летальной и инфициру­ющей доз возбудителя.

Под действием физических, химических и биологических факторов вирулентность подвержена фенотипическим и геноти­пическим изменениям как в сторону ослабления, так и усиле­ния. Снижение вирулентности (аттенуация) может происходить при длительном пассировании культур на питательных средах, через организм мало восприимчивых животных и т.п. Полная утрата вирулентности связана с изменением генотипа Повыше­ние вирулентности наблюдается в процессе пассирования куль­туры через организм высоковосприимчивых животных, при лизогении, мутациях и рекомбинациях. Примером изменения вирулентности могут служить образование капсул у бактерий при попадании в организм, температурозависимый синтез ин­вазивных белков у иерсиний и ^/-антигена у Salmonella typhi, образование индуцибельных ферментов и др.

1. Факторы патогенности микробов

Для существования в макроорганизме микробы должны обладать способностью к адгезии и коло­низации, инвазивностью и агрессивностью, ока­зывать повреждающее воздействие на ткани и органы.

Материальные носители, выполняющие данные функции, на­зываются факторами патогенности. Пусковым моментом инфек­ционного процесса являются адгезия и колонизация. Этот про­цесс высокоспецифичен, поскольку происходит в результате комплементарного взаимодействия макромолекул, расположен­ных на поверхности микроба, с рецепторами эукариотической клетки хозяина. Адгезия обусловливает чувствительность к мик­робу хозяина и органотропность микробов. Структуры микроба (макромолекулы), ответственные за прилипание, т.е. связывание с клетками хозяина, называются адгезинами. Такими структу­рами у грамотрицательных бактерий являются фимбрии (пили

1. или общего типа), а также основные белки наружной мем­браны, которые активируют транслокацию микроба внутрь эпи­телиальной клетки. У грамположительных бактерий адгезины пред­ставляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки, а у микоплазм — макромолекулы, входящие в состав выростов цитоплазматической мембраны. Колонизация зависит как от дозы микробов, так и количества рецепторов для них на поверхности клеток макроорганизма. При отсутствии адгезинов или компле­ментарных рецепторов, инфекционный процесс не развивается.

Под инвазивностъю (от лат. invasio — нападение) понимают способность микробов проникать через кожные покровы и слизистые оболочки во внутреннюю среду организма хозяина и распространяться по его тканям и органам, а под агрессивно­стью — способность противостоять защитным факторам орга­низма и размножаться в нем. Для преодоления защитных барь­еров важное значение имеет продукция ферментов агрессии и инвазии. К ним относятся:

• гиалуронидаза — фермент, разрушающий гиалуроновую кис­лоту — основное межклеточное вещество соединительной, ткани. Это способствует проникновению микробов вглубь тканей организма;

• нейраминидаза (сиалидаза) — фермент, расщепляющий ней- раминовую (сиаловую) кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек. Это делает оболочки доступными для взаимодействия с мик­робами и их токсинами;

• фибринолизин — фермент, растворяющий сгусток фибрина, который образуется в процессе воспаления и препятствует проникновению микробов в глубь органов и тканей;

• коллагеназа — фермент, разрушающий коллаген мышечных волокон, что ведет к интенсивному расплавлению мышеч­ной ткани;

• лецитиназа С — фермент, действующий на лецитин мем­бран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток;

• коагулаза — фермент, свертывающий плазму крови;

• дезоксирибонуклеаза (ДНКаза) — фермент, деполимеризу- ющий ДНК;

• протеазы — ферменты, разрушающие иммуноглобулины и

Т.Д

Расщепляя высокополимерные соединения на низкомолеку­лярные вещества, ферменты выполняют трофическую функцию, что ведет к истощению макроорганизма. При этом ферменты действуют как местно, так и генерализованно, усиливают дей­ствие токсинов (нейраминидаза) или сами действуют как ток­сины в случае образования токсических веществ (например,

уреаза расщепляет мочевину с образованием аммиака и углекис­лоты; декарбоксилазы аминокислот и т.д.). Определенную роль в преодолении межклеточных барьеров играют жгутики бакте­рий, способствующие достижению места их обитания и препят­ствующие фагоцитозу, а также поверхностные антигены кле­ток, которые активируют трансмембранный фагоцитоз.

Размножаясь в организме, микробы должны проти­востоять фагоцитозу.

Находясь внутри клетки, микробы не подвергаются действию антител, лизоцима, комплемента и других факторов защиты (см. главу 9). В то же время клетки, фагоцитирующие микробы, могут мигрировать, способствуя распространению микробов по орга­низму. К веществам с антифагоцитарной активностью относятся капсульные полисахариды и полипетиды микробов. К- и Vi- антигены, входящие в состав микрокапсул энтеробактерий; корд- фактор возбудителей туберкулеза; слизистое вещество Pseudomonas aeruginosa, М-протеин р-гемолитических стрептококков группы А, А-протеин стафилококков и другие структуры микробных клеток. Все они так или иначе создают механический барьер, экранирующий области связывания микробов с рецепторами фагоцитирующих клеток, т.е. препятствующий фагоцитозу. Ан- тифагоцитарные свойства микробов обусловлены также образо­ванием ими веществ, подавляющих хемотаксис фагоцитов; способных противостоять внутриклеточному перевариванию; препятствующих слиянию л изосомы с фагосомой; способных вызывать лизис фагоцитирующих клеток (лейкоцидины); обра­зовывать каталазу и супероксиддисмутазу, которые препятству­ют действию перекисных радикалов фагоцитирующих клеток и т.д.

В развитии инфекционного процесса определенную роль может играть антигенная мимикрия (от англ. mimicry — подобный), т.е. сходство антигенных детерминант у микроба и организма хозя­ина, в результате чего микроб не распознается иммунной си­стемой как чужеродный, что способствует его сохранению (пер- систенции) в организме. Другим механизмом, позволяющим микробам «уходить» от действия специфических факторов им­мунной системы, является их способность в процессе размно­жения в организме изменять свою антигенную структуру (воз­будители малярии, трипаносомы, боррелии и др.).

Наиболее важную роль в развитии инфекционного процесса играют токсины (от греч. toxikon — яд). По физико-химической структуре и биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксины — белки, представляющие бифункци­ональную структуру, так как они имеют транспорт­ную группу, которая взаимодействует со специфичес­ким рецептором клеток, и токсическую группу (ак­тиватор), которая проникает внутрь клетки и блоки­рует жизненно важные метаболические процессы.

Некоторые бактерии (например, Clostridium botulinum типа Е) образуют протоксины, состоящие из единой полипептидной цепи. Протоксины под действием протеолитических ферментов пре­вращаются из нетоксичной в токсичную форму, т.е. в активную бифункциональную структуру. По степени связи с бактериаль­ной клеткой экзотоксины условно делятся на 3 класса. Класс А — токсины, секретируемые во внешнюю среду, например, гистотоксин Corynebacterium diphtheriae, отечный и летальный токсины Bacillus anthracis и др. Класс В — токсины, частично секретируемые и частично связанные с микробной клеткой, например, тетаноспазмин Clostridium tetani, нейротоксин Clostridium botulinum. Класс С — токсины, связанные с микроб­ной клеткой и попадающие в окружающую среду лишь при аутолизе клетки, например, цито-, энтеро-, нейро- и нефро- токсин Shigella dysenteriae, «мышиный токсин» Yersinia pestis.

Механизм действия белковых токсинов сводится к повыше­нию проницаемости мембраны эритроцитов, лейкоцитов и других клеток (мембранотоксины) или к блокаде синтеза белка и других биохимических процессов в клетках (цито-, энтеро- и нейро­токсины) либо нарушению взаимосвязи и взаимодействия между клетками.

Заболевания, при которых микроб остается в месте входных ворот инфекции, а основные клинические проявления которых связаны с действием белкового бактериального токсина, полу­чили название токсинемических инфекций (дифтерия, столбняк, ботулизм, анаэробная газовая инфекция). Для профилактики и лечения токсинемических инфекций применяют анатоксины и антитоксические сыворотки.

Эндотоксины представляют белковолипополисахарид­ный комплекс клеточной стенки грамотрицательных бактерий, который выделяется в окружающую среду при лизисе бактерий.

Эндотоксины термостабильны, менее ядовитые, действуют бы­стро, но не обладают специфичностью действия, малочувстви­тельны к химическим веществам, не переходят в анатоксины. Антитела, образующиеся к О-специфическим цепям ЛПС, не нейтрализуют их токсического действия. Основной «точкой приложения» действия эндотоксинов являются макрофаги, которые в ответ на действие токсина выделяют эндогенные пирогены, вызывающие лихорадку, лейкоцитоз с быстрым переходом в лейкопению, гипогликемию, угнетение фагоцито­за, понижение кровяного давления и инфекционно-токсичес­кий шок. В небольших дозах эндотоксины оказывают положи­тельное влияние на макроорганизм, повышая его неспецифи­ческую резистентность, усиливая фагоцитоз, вызывают поли­клональную стимуляцию 5-лимфоцитов. Эндотоксины активи­руют комплемент по альтернативному пути и обладают свой­ствами адъювантов.

2. Генетическая регуляция синтеза факторов патогенности

Патогенность бактерий контролируется группой генов, ответ­ственных за образование поверхностных структур бактериальных клеток (фимбрий, капсул, клеточной стенки) или за синтез токсинов, а также ферментов, способствующих жизнедеятель­ности этих бактерий. Эти наследственные детерминанты локали­зованы как в хромосоме, так и плазмидах. Модификации ге­нотипа, контролирующего патогенность, проявляются в фено­типическом изменении вирулентности микробов, которая вос­станавливается при их пассировании на питательных средах или через организм восприимчивого животного. Стойкие изменения вирулентности возникают в случае мутаций или рекомбинаций и связаны с изменениями генотипа микроба.

Реорганизация генов, кодирующих синтез факторов патоген­ности, в ходе инфекционного процесса происходит на молеку­лярном уровне, но на популяционном уровне создаются усло­вия для естественного отбора штаммов с повышенной вирулен­тностью — эпидемических штаммов. Детерминанты факторов патогенности необходимо учитывать при изучении патогенеза инфекционных заболеваний, при разработке новых способов диагностики, для лечения и профилактики инфекционных за­болеваний.

8 2.3. Факторы патогенности вирусов

В отличие от бактерий, простейших и грибов, которые обла­дают сходными факторами патогенности, патогенность виру­сов — облигатных внутриклеточных паразитов — на генетичес­ком уровне обеспечивается их способностью проникать внутрь восприимчивых клеток, нарушать обмен веществ в клетке, ока­зывать цитопатогенное действие, изменять клеточные мембра­ны и индуцировать иммунную реакцию против инфицирован­ных вирусом клеток (см. раздел 3.3). Инфекционность виру­сов связана с их нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК) и может проявляться после проникновения последней в клетку хозяина.