ЛЕКЦЯ № 6.
Инфекционный процесс.
Инфекционная болезнь.
Факторы патогенности микроорганизмов.
Учение об инфекции рассматривает свойства микробов, позволяющих им существовать в макроорганизме и оказывать на него патогенное воздействие с учетом защитно-приспособительных реакций макроорганизма на всех этапах развития болезни.
Термином " инфекция " или " инфекционный процесс " обозначают совокупность физиологических и патологических восстановительно-приспособительных реакций, возникающих в восприимчивом организме при определенных условиях окружающей среды в результате его взаимодействия с проникшими и размножающимися в нем патогенными или условно-патогенными бактериями, грибами и вирусами и направленных на поддержание постоянства внутренней среды макроорганизма (гомеостаза). Сходный процесс, вызванный простейшими, гельминтами или насекомыми называется инвазия.
В основе инфекционного процесса, независимо от уровня эволюционной организации патогенного агента, лежит феномен паразитизма – такой формы антагонистических взаимоотношений между двумя организмами разных видов, при которой один из них (паразит) использует другого (хозяин) в качестве источника питания и места постоянного или временного обитания. Антагонизм является неотъемлемым критерием паразитизма, что влечет патогенное воздействие паразита на организм хозяина и ответную защитную реакцию со стороны организма хозяина. Паразитизм есть свойство, закрепленное генетически внутри вида, передающееся в последующих поколениях и определяющееся способностью популяции к паразитической форме существования в живой системе. Это означает, что наибольшее значение имеет та среда обитания, без которой возбудитель не может существовать как биологический вид и степень выраженности паразитизма определяется, прежде всего, средой обитания. Ее называют " главной" или " специфической" средой обитания. Чем выше зависимость пищевых потребностей паразита от клетки хозяина, тем выраженнее его паразитические свойства. В основе этого лежит эволюционная селекция мутантов, утративших не нужные им ферменты и другие биологические системы, т.к. все необходимое они получают в готовом виде.
На этом основании с популяционно-экологических позиций выделяют три категории паразитов: облигатные, факультативные и случайные.
Облигатные паразиты на всех стадиях популяционного цикла неразрывно связаны с организмом хозяина. У них есть лишь паразитическая фаза существования, они никогда не выходят в окружающую среду, поскольку существование вне организма для них в принципе не возможно. Они передаются трансмиссивно, трансплацентарно и контактно-половым путем. При наличии двух хозяев, теплокровного носителя и членистоногого переносчика, популяция паразита в любое время представлена двумя субпопуляциями: гостальной (организменной) и векторной (в переносчике).
Факультативные паразиты в процессе циркуляции могут использовать и внешнюю среду, но паразитическая фаза имеет для них определяющее значение. Это категория паразитов популяции которых крайне неоднородны и могут состоять либо из трех субпопуляций: гостальной, векторной и сапрофитической (внеорганизменной), либо из двух: гостальной и сапрофитической.
Случайные паразиты от прочих отличаются тем, что для них внешняя среда является нормальной средой автономного обитания. Сапрофитическая фаза для них является основной и обязательной, а паразитическая – лишь эпизодической. Соответственно двум средам обитания популяция таких паразитов включает две субпопуляции: обязательную сапрофитическую и случайную гостальную.
Возникновение, течение и исход инфекционного процесса определяется тремя группами факторов:
1. количественные и качественные характеристики возбудителя инфекционного процесса;
2. состояние макроорганизма и степень его восприимчивости;
3. действие на микро- и макроорганизм физических, химических и биологических факторов внешней среды, которая и обуславливает возможность установления контактов между паразитом и хозяином.
Под восприимчивостью следует понимать способность макроорганизма реагировать на внедрение паразита развитием инфекционного процесса в его многообразных проявлениях – от носительства до клинически выраженной инфекционной болезни.
По отношению к человеку под условиями внешней среды, прежде всего, следует понимать социальные условия его жизнедеятельности.
Первые две группы факторов являются непосредственными участниками инфекционного процесса. При этом паразит определяет специфичность инфекционного процесса, а решающий интегральный вклад в форму проявления инфекционного процесса, его длительность, степень тяжести проявления и исход вносит состояние макроорганизма. Это состояние определяется главным образом факторами неспецифической резистентности и специфического иммунитета.
Третья группа факторов – экологическая и оказывает на инфекционный процесс опосредованное воздействие, снижая или повышая восприимчивость макроорганизма, снижая и повышая инфицирующую дозу и вирулентность паразита, активируя механизмы заражения и пути передачи инфекции.
Инфекционный процесс – это наиболее динамичная из всех существующих форм взаимоотношений макроорганизма с другими биологическими видами. Условно его можно разделить на несколько стадий.
Первая стадия – проникновение паразита в макроорганизм. Пусковым моментом является внедрение, закрепление и адаптация паразитов в месте входных ворот инфекции. Входные ворота – это ткани и органы, через которые паразит способен проникать в макроорганизм.
Вторая стадия – колонизация или горизонтальное заселение и пенетрация или вертикальное заселение (при наличии такой способности) кожных покровов и слизистых оболочек в месте входных ворот. Пенетрацией называется способность паразита проникать внутрь клеток макроорганизма. В обоих случаях при наличии благоприятных условий происходит размножение возбудителей инфекции с образованием новых поколений, высвобождение их продуктов метаболизма, их ферментов и токсинов, и как следствие, образование токсичных продуктов распада пораженных клеток.
Третья стадия – диссеминация, т.е. распространение паразита за пределы первичного очага внедрения и колонизации макроорганизма, что ведет к генерализации инфекционного процесса.
Четвертая стадия – мобилизация защитных механизмов макроорганизма. В ответ на проникновение паразита и его болезнетворное воздействие макроорганизм мобилизует все присущие ему местные и общие, первоначально неспецифические, а затем и специфические факторы защиты, действие которых направлено на нейтрализацию как самих возбудителей, так и их токсинов, а также токсичных продуктов нарушенного метаболизма макроорганизма. Главная задача, решаемая защитными механизмами макроорганизма – восстановление нарушенного гомеостаза.
Пятая стадия – окончание и исходы инфекционного процесса. В большинстве случаев происходит санация, т.е. полное освобождение макроорганизма от паразита и приобретение им нового качества – формирование иммунитета. В ряде случаев инфекционный процесс заканчивается летальным исходом. В тех же случаях, когда между паразитом и макроорганизмом устанавливается равновесие, происходит формирование микробоносительства.
В результате действия многих факторов инфекционный процесс не всегда проходит все присущие ему стадии и может закончиться на любом этапе.
Инфекционный процесс может проявляться на всех уровнях организации биологической системы макроорганизма. Прежде всего, многоуровневая система инфекционного процесса включает в себя организменный уровень или собственно инфекционный процесс, т.к. инфекция – это система реакций, возникающих в восприимчивом макроорганизме. Нижестоящими уровнями являются тканево-органный, клеточный и субклеточный (молекулярный).
В результате взаимодействия паразита с макроорганизмом, прежде всего, страдает клетка. Процесс взаимодействия происходит на уровне комплементарных структур макромолекул возбудителя и клетки-мишени. Процессы, протекающие на молекулярном и клеточном уровнях, отражаются на тканево-органном уровне. Тканевая дифференциация клеток обуславливает специфичность процесса и выполняет защитную роль, ограничивая зоны размножения возбудителя. Поэтому основные черты патогенеза инфекционного процесса формируются на тканево-органном уровне, отражаясь в последующем на организменном уровне, определяя манифестность проявлений инфекционного процесса.
Термины " инфекция " и " инфекционная болезнь " не равнозначны. Инфекционный процесс составляет основу инфекционной болезни. Под инфекционной болезнью следует понимать индивидуальный случай определяемого лабораторно или клинически инфекционного состояния данного макроорганизма, обусловленного действием паразита и его токсинов, и сопровождающегося различными степенями нарушения гомеостаза. Это частный случай проявления инфекционного процесса у данного конкретного индивидуума.
Микроорганизмы, способные вызвать инфекционный процесс, отличаются от прочих рядом определенных свойств. По степени патогенности для макроорганизма человека, животных и растений они делятся на три группы: патогенные, условно-патогенные и сапрофитные.
Патогенные микроорганизмы – это возбудители инфекционных болезней человека, животных и растений, адаптация которых в ходе эволюции зашла так далеко, что существование их в макроорганизме является необходимым условием сохранения микроба как биологического вида. Болезнь, в данном случае, - это результат лабораторно или клинически выраженных эволюционно сформировавшихся симбионтных отношений с макроорганизмом. При этом, они могут определенное время находится вне макроорганизма.
Условно-патогенные микроорганизмы – это обширная группа микроорганизмов, для которых болезнь макроорганизма не является необходимым условием существования биологического вида, а представляет результат нарушения симбионтных отношений. В этом состоит коренное отличие их от патогенных микроорганизмов. Они способны оказывать болезнетворное воздействие на макроорганизм только при определенных условиях, позволяющих им проникать в больших количествах во внутреннюю среду макроорганизма на фоне резкого снижения его резистентности.
Сапрофиты – это микроорганизмы, существование которых, как биологический вид, определяется наличием в среде готовых органических веществ и не зависит от макроорганизма. В качестве питательного субстрата ими могут использоваться мертвые ткани растений и животных или продукты их жизнедеятельности.
Характерной отличительной чертой патогенных микроорганизмов является то обстоятельство, что в ходе длительной сопряженной эволюции они утратили ряд ферментативных систем и приспособились к гетеротрофному паразитическому питанию в различных органах, тканях и клетках. По способности к внутриклеточному паразитированию их разделяют на три группы:
1. облигатные внутриклеточные – способные удовлетворять свои пищевые потребности только в условиях внутриклеточного существования;
2. факультативные внутриклеточные – способные размножаться внеклеточно, хотя в организме хозяина преобладает внутриклеточное размножение;
3. облигатные внеклеточные – не способные проникать внутрь клетки, а размножаются, прикрепляясь к ее поверхности, и распространяются в организме по межклеточным пространствам.
Патогенные микроорганизмы должны обладать целым рядом свойств и, прежде всего, патогенностью. Патогенность – это потенциальная способность микроорганизмов вызывать инфекционный процесс, т.е. при естественных для данного вида микроорганизмов условиях заражения проникать в макроорганизм определенного вида, размножаться в нем, вызывать различной степени тяжести нарушения гомеостаза и развитие ответных реакций со стороны макроорганизма.
Для патогенных микроорганизмов характерны нозологическая специфичность и органотропность.
Нозологическая специфичность заключается в том, что каждый вид патогенных микроорганизмов способен вызывать только для него характерный инфекционный процесс, а также симптомокомплекс патологических реакций, в какой бы восприимчивый макроорганизм они ни попали.
Органотропность – это поражение клеток, тканей и органов, наиболее подходящих по своим биохимическим свойствам для жизнеобеспечения данного вида микроорганизмов.
Необходимым условием реализации патогенных свойств является проникновение в макроорганизм в определенной критической или инфицирующей дозе. Такая доза необходима для возникновения стойкой адгезии, колонизации и инвазии паразита в ткани. Для каждого возбудителя характерна своя инфицирующая доза. Она определяет не только клинические особенности течения и проявления инфекционной болезни, но и наиболее вероятные и эффективные факторы передачи.
Для проявления инфицирующей дозы важное значение имеет не столько абсолютное число микробных клеток, попавших в макроорганизм, сколько их плотность на единицу поверхности и наличие специфических рецепторов у эукариотической клетки в воротах инфекции.
Не менее важную роль в развитии и проявлениях инфекционного процесса играет скорость репродукции микробной популяции, определяющая возможность увеличения ее численности за единицу времени.
Высокая скорость размножения и плотность популяции способствует накоплению мутаций и отбору наиболее адаптированных к макроорганизму мутантов.
Установлена связь между дозой микроорганизмов, путем их передачи, входными воротами инфекции и многообразием клинических проявлений инфекционных заболеваний. Пути и способы выделения микроорганизмов из восприимчивого макроорганизма, также как и пути проникновения, являются специфичными. Однако, этой закономерности нет при генерализованных инфекциях, т.к. возбудитель с током крови попадает в различные ткани и органы и может выделяться всеми вероятными путями.
На основании того, что патогенность является полифакторным генотипическим видовым признаком и подвержена фенотипическим изменениям, для обозначения степени патогенности введено понятие " вирулентность ". Это мера патогенности, ее качественная характеристика или фенотипическое проявление генотипа. В отличие от патогенности, характеризующейся лишь потенциальной способностью данного вида вызывать инфекционный процесс, вирулентность есть динамичное индивидуальное свойство данного штамма возбудителя вызывать развитие инфекционного процесса.
Из сказанного следует, что патогенность – качественный признак болезнетворного микроорганизма, а вирулентность – количественное проявление патогенности.
По этому признаку все штаммы данного вида микроорганизма делятся на высоко -, умеренно -, слабо - и авирулентные.
В лабораторных условиях о вирулентности возбудителей и силе действия их токсинов судят по величине летальной (LD) и инфицирующей (ID) доз.
Летальная доза – это наименьшее количество живого возбудителя или токсина, вызывающее в определенный срок гибель конкретного количества животных, взятых в опыт (%).
Инфицирующая доза – это минимальное количество живых микробов, способное вызвать инфекционное заболевание у определенного количества животных, взятых в опыт (%).
Dcl (dosis certa letalis) – безусловно смертельная доза, или наименьшее количество живого микроорганизма или его токсина, вызывающего в течение определенного времени гибель 100 % экспериментальных животных, взятых в опыт.
Dlm (dosis letalis minima) - наименьшее количество живого микроорганизма или его токсина, вызывающего в течение определенного времени гибель 95 % экспериментальных животных, взятых в опыт.
LD 50 – наименьшее количество живого микроорганизма или его токсина, вызывающего в течение определенного времени гибель 50 % экспериментальных животных, взятых в опыт.
ID 100 – минимальное количество живых микроорганизмов, вызывающее развитие инфекционного заболевания у 100 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.
ID 50 – минимальное количество живых микроорганизмов, вызывающее развитие инфекционного заболевания у 50 % зараженных экспериментальных животных, взятых в опыт.
Наиболее часто используются показатели LD 50 и ID 50.
При постановке такого рода опытов, безусловно, учитываются вид, пол, возраст, вес, условия содержания и кормления экспериментальных животных, что напрямую связано с формированием и активностью неспецифических и специфических защитных факторов. Важнейшее значение имеет способ заражения.
Взаимоотношения болезнетворного микроорганизма с восприимчивым макроорганизмом, приводящие к возникновению состояния называемого "инфекционная болезнь" сопровождаются с одной стороны – мобилизацией защитных сил макроорганизма, направленных на противодействие патогенному агенту, с другой – активацией макромолекулярных и ферментных систем микроорганизма, направленных на преодоление барьеров, выстраиваемых макроорганизмом на всех уровнях. Патогенный микроорганизм обладает для этого целым рядом свойств, объединенных общим понятием – факторы патогенности. К основным из них относят адгезивность, колонизационную активность, инвазивную активность, устойчивость к микробицидным факторам организма, токсигенность, а также способность к длительному персистированию. Факторы патогенности – это материальные носители, обуславливающие способность микроорганизмов вызывать инфекционный процесс. Наличие таких носителей у микроорганизма и комплементарных им рецепторов у макроорганизма позволяет отличить патогенный микроорганизм от непатогенного, восприимчивый макроорганизм от невосприимчивого.
Пусковыми механизмами инфекционного процесса являются адгезия и колонизация. Болезнетворные микроорганизмы, не обладающие такими механизмами, приобрели способность проникать в макроорганизм парентеральным путем, используя повреждения эпидермиса и слизистых оболочек или прибегая к помощи кровососущих членистоногих.
Специфичность адгезии обусловлена наличием комплементарных структур у микроорганизмов и чувствительных эукариотических клеток. Структуры микроорганизма, ответственные за адгезивность, называют адгезинами или лигандами, а комплементарные им структуры эукариотической клетки – рецепторами.
У грамотрицательных бактерий адгезины образуют органеллы – микроворсинки, фимбрии или пили 1 типа. Кроме этого, роль адгезинов у них могут выполнять основные белки наружной мембраны и липополисахариды.
У грамположительных бактерий нет фимбрий, и роль адгезинов у них выполняют поверхностные белки и тейхоевые кислоты.
У капсульных бактерий в адгезии принимают участие капсульные полисахариды и полипептиды.
У микоплазм адгезины входят в состав выростов цитоплазматической мембраны.
У вирусов адгезия осуществляется белками капсида или гликопротеинами суперкапсида.
Стойкая адгезия и колонизация возможны только в том случае, если микробы могут противостоять биоцидным и биодинамическим факторам, которые в разных сочетаниях представлены на коже и слизистых оболочках. Именно на этом этапе решающее значение в эффективности колонизации приобретают IgА-протеазы и антилимфоцитарный фактор бактерий.
Колонизация в месте входных ворот зависит не только от дозы микроба, но и от количества рецепторов на поверхности эукариотических клеток. С одной стороны, если рецепторов нет, то инфекционный процесс не получит развития. Это говорит о том, что восприимчивый макроорганизм отличается от невосприимчивого на уровне макромолекул. С другой стороны, патогенные микроорганизмы от непатогенных, также отличаются на уровне макромолекул, т.к., даже при наличии рецепторов, микроорганизмы лишенные адгезинов, не обладают способностью вызывать инфекционный процесс.
Адгезия не является чисто механическим взаимодействием между двумя клетками. Непосредственное взаимодействие адгезинов с рецепторами и секреторными белками ведет к активации сигнальных систем клетки и образованию воспалительных цитокинов, которые стимулируют синтез интегринов на поверхности клетки, являющихся проводящей сигнальной системой внутрь клеток макроорганизма. Таким способом включаются механизмы, обуславливающие проникновение микроорганизма внутрь клетки. Адгезивные молекулы, используемые бактериями для проникновения внутрь клетки-мишени, получили название инвазинов. Факторы, обуславливающие адгезию и колонизацию, играют ведущую роль на ранних начальных стадиях патогенеза инфекционных заболеваний.
Однако, реализовать свою способность распространяться по макроорганизму и противостоять его защитным механизмам возбудитель может только при наличии генетически детерминированных факторов патогенности, обуславливающих инвазивность и агрессивность. Это ферментные комплексы, механизм действия которых крайне разнообразен и может проявляться как местно, так и генерализованно. Они могут усиливать действие токсинов, разрушая клетки и волокна тканей, могут переводить неактивные протоксины в биохимически активные токсины, или сами действовать как токсины и вызывать образование токсичных для макроорганизма веществ.
К числу таких ферментов, способствующих инвазии паразита и сохранению его жизнеспособности в макроорганизме, относятся:
- гиалуронидаза, расщепляющая гиалуроновую кислоту, основной компонент соединительной ткани, препятствующий проникновению посторонних веществ;
- нейраминидаза, расщепляющая сиаловую кислоту, входящую в состав поверхностных рецепторов клеток, благодаря чему последние приобретают способность взаимодействовать с адгезинами микробов или их токсинами. Именно этот фермент позволяет преодолеть первый защитный барьер макроорганизма – муциновый слой слизистых оболочек, содержащий большое количество сиаловых кислот;
- фибринолизин, растворяющий сгустки фибрина, образующиеся в тканях в результате развития воспаления, как защитной реакции, ограничивающей воспалительный очаг и препятствующий распространению болезнетворных микроорганизмов;
- плазмокоагулаза, вызывающая коагуляцию плазмы в воспалительном очаге и образование капсулы вокруг микробной клетки, что препятствует ее фагоцитозу и предохраняет от действия комплемента;
- коллагеназа, разрушающая коллаген и снижающая стабильность структуры тканей;
- лецитиназа С, действующая на лецитин и другие фосфоглицериды, входящие в состав клеточных мембран.
Действие перечисленных ферментов не ограничивается инвазивностью и агрессивностью. Более того, роль факторов патогенности является скорее вторичной. Первичной же является их трофическая функция, т.е. участие во внеклеточном переваривании и предоставлении микробным клеткам низкомолекулярных питательных веществ.
Для некоторых микроорганизмов решающее значение, в качестве факторов патогенности, обуславливающих персистенцию их во внутренней среде макроорганизма, имеют гетерофильные антигены. Это общие антигены у представителей разных видов, имеющие сходные антигенные детерминанты, но разные носители. Благодаря их наличию макроорганизм может не распознать такого возбудителя в качестве чужеродного, что способствует сохранению паразита и защите его от специфических иммунных реакций. С другой стороны, наличие таких антигенов у микроорганизмов способствует развитию аутоиммунных реакций в макроорганизме. Не менее важной является способность некоторых патогенных микроорганизмов образовывать антигенные варианты, устойчивые к защитным факторам макроорганизма. Формирование таких вариантов может происходить как в одном организме-хозяине (малярия, возвратный тиф, трипаносомоз и др.), так и на уровне целой популяции паразита (вирус гриппа А).
Преодолев первичные барьерные структуры, макроорганизма возбудитель встречается с одним из решающих защитных механизмов – фагоцитирующие клетки. Противодействие этому мощному механизму защиты внутренней среды возможно благодаря факторам патогенности, обладающим антифагоцитарной активностью. К ним относятся капсулы, микрокапсулы, слизистые чехлы и входящие в их состав антигены. Они являются механическими барьерами, защищающими поверхностные структуры микробов, взаимодействующие с опсонинами, выполняющими роль распознающих молекул и роль лигандов, связывающих микробные поверхностные молекулы с фагоцитирующими клетками. Кроме того, они непосредственно взаимодействуют с рецепторами фагоцитирующих клеток, что препятствует распознаванию микробных клеток и их поглощению. И даже при поглощении, капсульное вещество защищает микробы от действия лизосомальных ферментов и перекисных радикалов фагоцитирующих клеток.
Патогенные микроорганизмы способны подавлять фагоцитарную активность клеток на всех стадиях фагоцитоза. Обусловлены эти свойства не только морфологическими структурами микробной клетки, но и образованием веществ, подавляющих хемотаксис, разрушающих хемоаттрактанты и фагоцитирующие клетки; противодействующих внутриклеточному перевариванию, препятствуя слиянию фагосомы с лизосомой; образованием ферментов, инактивирующих перекисные радикалы, оказывающих кислород зависимый киллерный эффект; обладающих резистентностью к лизосомальным ферментам; образованием веществ, вызывающих лизис фаголизосомы.
Внутриклеточное существование патогенных микроорганизмов делает их неузнаваемыми и недоступными для защитных факторов иммунной системы, что способствует сохранению организменной субпопуляции в восприимчивом макроорганизме.
Ведущую роль в патогенезе инфекционных заболеваний играют токсины микроорганизмов, обуславливающих развитие симптомов интоксикации.
Токсины бактерий – это продукты их метаболизма, оказывающие непосредственное токсическое воздействие на специфические клетки макроорганизма, либо опосредованно вызывающие развитие симптомов интоксикации в результате индукции ими образования биологически активных веществ. По физико-химической структуре и биологическим свойствам бактериальные токсины делятся на две группы: белковые токсины и эндотоксины.
К группе белковых бактериальных токсинов относятся термолабильные и термостабильные белки, образуемые грам + и грам – патогенными бактериями с аэробным и анаэробным метаболизмом. Это ферменты, оказывающие свое повреждающее действие на макроорганизм в исключительно малых количествах. Могут секретироваться бактериальной клеткой в окружающую среду, либо находиться с клеткой в связанном состоянии, высвобождаясь при автолизе клетки.
По степени связи с бактериальной клеткой их делят на три класса:
Класс А – секретируемые во внешнюю среду;
Класс В – токсины, локализованные в периплазматическом пространстве, частично связанные с клеткой и частично секретируемые во внешнюю среду. Такие токсины называют мезотоксинами. Они не имеют сигнального пептида, поэтому не секретируются в окружающую среду. Высвобождение их происходит при слиянии с мембранами клетки и эксфолиации (отслоение, десквамация) клеточных мембран.
Класс С – токсины, прочно связанные с микробной клеткой и попадающие в окружающую среду только в результате гибели клетки.
По строению белковые токсины делят на простые и сложные.
Простые токсины образуются в виде единой полипептидной цепи или протоксина, функционально неактивного, который под действием протеаз самого микроба либо протеаз представителей нормальной микрофлоры или протеаз клеток и тканей макроорганизма превращается в активную В-А-структуру. Часть В не обладает токсичностью. Это природный токсоид или анатоксин, который выполняя транспортную функцию, взаимодействует со специфическим рецептором на эукариотической клетке и, образуя канал в ее цитоплазматической мембране, обуславливает проникновение внутрь клетки токсической группы А или активатора. Она токсична только при наличии группы В, которая обеспечивает специфичность и органотропность действия токсина.
Сложные токсины представляют собой уже готовую бифункциональную структуру, состоящую из одной или нескольких групп В, соединенных с группой А. Субъединицы А и В синтезируются в клетке независимо и в последующем соединяются в единый комплекс.
Механизм действия белковых токсинов на макромолекулярном уровне состоит из нескольких стадий.
Ввиду того, что белковые токсины являются высокомолекулярными соединениями и самостоятельно не проникают через клеточные мембраны, необходима их диссоциация. На первой стадии белковый токсин за счет своих абордажных молекул В фиксируется на поверхности клетки, взаимодействуя со специфическими рецепторами различной химической природы, что ведет к образованию комплекса токсин-рецептор. В течение второй стадии происходит активация токсина под действием протеаз по типу ограниченного протеолиза с последующим образованием бифункциональной А-В-структуры. Изменение конформационной структуры молекулы токсина ведет к раскрытию у нее каталитического центра и появлению ферментативной активности. Третья стадия заключается в трансмембранной транслокации части А в цитоплазму клетки, где она нарушает жизненно важные биохимические процессы в клетке, действуя на свои специфические мишени.
Высокая рецепторная специфичность части В и высокая избирательность катализа части А в совокупности обуславливают специфичность действия белкового токсина.
Бактериальные токсины сходны по структуре и целому ряду других свойств с сигнальными молекулами макроорганизма: гормонами, нейромедиаторами, интерферонами и др. В ходе лиганд-рецепторного взаимодействия с клетками макроорганизма они используют уже готовые структуры, участвующие в нейрогуморальной сигнализации. Являясь антиметаболитами сигнальных молекул макроорганизма, они первоначально имитируют их действие, а затем оказывают блокирующий эффект.
Универсальность белковых токсинов заключается в их полифункциональности, и не ограничивается их значением только как факторов патогенности. Их образование играет существенную роль в экологии бактерий, их существованию в природных биоценозах. Благодаря сходству строения с бактериоцинами, они оказывают токсическое воздействие на конкурентов, в том числе и на представителей нормальной микрофлоры макроорганизма. Обладая ферментативной активностью, они выполняют трофическую функцию жизнеобеспечения микробной клетки.
Белковые бактериальные токсины являются полноценными тимусзависимыми антигенами, к ним образуются антитоксины – специфические антитела, нейтрализующие их. Из белковых токсинов можно получить анатоксины, т.е. токсины, лишенные токсических свойств, но сохранивших антигенные свои свойства, что используется при проведении вакцинопрофилактики и серотерапии.
При применении антитоксических сывороток необходимо учитывать тот факт, что белковый токсин может быть нейтрализован антителами только тогда, когда он находится в крови или лимфе, а также на поверхности клетки. Специфическими антителами блокируется взаимодействие токсина со специфическими рецепторами, нарушается процесс диссоциации комплекса токсин-рецептор и транслокации части А в цитоплазму клетки-мишени. Через мембрану клетки антитела не проникают и нейтрализовать транслоцированную часть А на могут, чем объясняется отсутствие эффекта от серотерапии при несвоевременно начатом лечении.
По механизму действия белковые бактериальные токсины делятся на пять групп:
- повреждающие клеточные мембраны;
- ингибиторы синтеза белка;
- активирующие пути метаболизма, контролируемые вторичными посредниками (мессенджерами);
- протеазы;
- суперантигены, активирующие иммунный ответ макроорганизма.
Эндотоксины в отличие от белковых токсинов термостабильны и образуются Грам– бактериями, выделяясь в окружающую среду только при гибели бактериальной клетки. Свойство бактерий образовывать токсические вещества, вызывающие симптомы интоксикации и выделять их в окружающую среду при разрушении клетки, называется токсичностью.
Эндотоксины относятся к бактериальным модуляторам, обладающим огромным спектром биологической активности, индуцирующим синтез цитокинов и других медиаторов.
Эндотоксины – это сложные белково-полисахаридные комплексы. За проявление биологической активности эндотоксинов ответственна вся молекула липополтсахарида (ЛПС), а не отдельные его компоненты. В отличие от белковых токсинов, они не обладают органотропностью и специфичностью действия. Симптомы интоксикации при заболеваниях, вызванных Грам– бактериями, однотипны, и связаны с действием образующихся медиаторов воспаления.
Вирулентные бактерии синтезируют полную структуру ЛПС и образуют S-форму микроба, у которой О-специфические цепи составляют 2/3 ЛПС. Бактерии со сниженной вирулентностью не имеют О-специфических цепей и образуют R-формы микроба. Они имеют многочисленные бреши во внешней мембране, что сопровождается нарушениями ее проницаемости.
В основе действия ЛПС лежит его неспецифическое липид-липидное и специфическое рецепторное (за счет рецепторов CD14) взаимодействие с мембранными компонентами разных типов клеток: тромбоцитов, гранулоцитов, эритроцитов, лимфоцитов, моноцитов и макрофагом, которые под действием ЛПС выделяют биологически активные вещества. ЛПС запускает в макроорганизме синтез более 20 различных биологически активных веществ, которые обуславливают патогенез эндотоксикоза и обладают пирогенным действием. Основной точкой его приложения являются макрофаги. Образование больших доз эндотоксина сопровождается угнетением фагоцитоза, явлениями выраженного токсикоза, слабостью, одышкой, диареей, нарушениями деятельности сердечно-сосудистой системы, снижением артериального давления, гипогликемией, лейкопенией, агрегацией тромбоцитов, гипотермией. Вследствие усиленного разрушения в крови большого количества Грам– бактерий возможно развитие эндотоксического шока. При образовании же небольших количеств эндотоксина отмечается слабый токсикоз, повышение температуры тела и стимуляция фагоцитоза.
ЛПС относится к тимуснезависимым антигенам и вызывает поликлональную стимуляцию В-лимфоцитов, активирует систему комплемента по альтернативному пути, является а