Раздел 7. Теория саморегуляции паразитарных систем
Теория саморегуляции паразитарных систем
В 70-80е годы В.Д.Беляковым с сотрудниками, при изучении возникновения и распространения антропонозов среди различных грyпп людей и на различных территориях, была сформулирована теория (концепция) внутренней саморегуляции эпидемического процесса, определяющей его саморазвитие. Главное в этой теории, что носит, несомненно, фундаментальный и универсальный характер, – это указание на то, чтоэпидемический процесс, т. е. межпопуляционное взаимоотношение паразита и хозяина, представляет собой систему, подчиняющуюся внутренним саморегуляционным процессам.
Основные положения, лежащие в основе теории саморегуляции паразитарных систем В.Д.Белякова с соавторами, объясняющие эти механизмы, следующие:
фенотипическая и генотипическая неоднородность (гетерогенность) популяций паразита и хозяина по отношению друг к другу – это материальная основа возникновения и развития эпидемического процесса;
взаимообусловленная изменчивость биологических свойств взаимодействующих популяций, это результат управляющей роли обратных положительных или отрицательных связей в процессе саморегуляции;
фазовая самоперестройка популяций паразита, определяющая неравномерность эпидемического процесса;
регулирующая роль социальных и природных условий в фазовых преобразованиях эпидемического процесса.
Перовое положение теории саморегуляции паразитарных систем
В первом положении теории саморегуляции указано, что материальной основой возникновения, развития и функционирования эпидемического процесса и, как следствие этого, появление и распространение инфекционных заболеваний, их спады и подъемы, являются следствием взаимодействия двух гетерогенных популяций возбудителей-паразитов и популяций хозяев-людей или животных. Эта гетерогенность распределяется по формулам или кривым Гаусса.
Для развития эпидемического процесса среди признаков гетерогенности наибольшее значение для популяций возбудителей имеет вирулентность, т.е. способность при попадании в организмы людей вызывать заболевания. Для популяций возбудителей имеет значение неоднородность по манифестации, по антигенным свойствам, т.е. по способности вызывать иммунитет, его напряженности и длительности: антимикробный или антивирусный, клеточный и гуморальный, местный и общий и т.п. Также имеет значение, обнаруживаемая лабораторно, неоднородность популяций возбудителей по биологическим свойствам: биовар, серовар, фаговар, антибиотиковар, хемовар, по чувствительности к антибиотикам, дезинфектантам, по выживаемости в процессе высушивания и т.д.
Для развития эпидемического процесса важна неоднородность популяции людей по восприимчивости. Восприимчивость – это эволюционно выработанное свойство человека реагировать развитием инфекционного процесса на внедрившуюся популяцию патогенных возбудителей. В эпидемиологии имеют значение две категории восприимчивости: организма и коллектива. Восприимчивость организма определяется наследственной (видовой) неспецифической резистентностью и приобретенным специфическим иммунитетом, т.е. способностью организма человека отвечать инфекционным процессом (инфицированность, носительство) или инфекционной болезнью (манифестацией) на внедрившуюся популяцию патогенных и вирулентных возбудителей. Коллективная восприимчивость складывается из суммы восприимчивости организмов, а также соответствующих природных и социальных условий. Динамическая изменчивость соотношения людей в коллективах по признаку восприимчивости определяется возрастными изменениями специфической и неспецифической восприимчивости, увеличением числа восприимчивых в результате рождаемости, миграционными (перемешивание) и некоторыми стрессовыми воздействиями, снижающими резистентность организмов и в целом определенной популяции людей.
Второе положение теории саморегуляции паразитарных систем
Изменчивость биологических свойств популяций хозяина и паразита при их взаимодействии – это материальная основа возникновения и развития эпидемического процесса и его саморегуляции. В этом особенно активно проявляется стабилизирующая (управляющая) роль обратных положительных или отрицательных связей в процессе саморегуляции. Так, популяция возбудителей, в ходе эпидемического процесса, попадая в популяцию организмов, вызывает не только инфекционный процесс или инфекционную болезнь, но также вызывает и развитие иммунитета. В свою очередь срабатывают иммунологические регулирующие факторы. Циркуляция (пассаж) популяций возбудителей в иммунных коллективах приводит к снижению вирулентности возбудителей, уменьшению их количества, снижению активности эпидемического процесса и снижается заболеваемость – обратная отрицательная связь.
Циркуляция (пассажи) популяций возбудителей в высоко восприимчивых популяциях людей приводит к усилению вирулентности возбудителей, к увеличению их количества, к активизации эпидемического процесса и к росту заболеваемости. Это обратная положительная связь.
Однако универсальность этого механизма, участвующего в саморегуляции, требует дальнейшего изучения и подтверждения, поскольку имеются факты, не укладывающиеся в разбираемую схему. Например, при кори (облигатнопатогенный паразит) заболевание, если не удается вмешаться в ход инфекционного процесса, как в эпидемический, так и в межэпидемический период, протекают практически всегда тяжело (хотя, конечно, трудно представить, что вирус кори, обладающий неограниченными возможностями для быстрого размножения и смены поколений, не подвергался бы изменениям в ходе эпидемического процесса, по, возможно, изменяются иные свойства паразита). Не ясна возможность такого механизма регуляции при инфекциях пищеварительной системы, а также инфекциях, при которых сомнительна роль иммунитета (сифилис, гонорея, ВИЧинфекция, микозы, гельминтозы и т. д.)
Третье положение теории саморегуляции паразитарных систем
Взаимодействием неоднородных и динамически изменяющихся популяций паразита и хозяина объясняется неравномерность эпидемического процесса на отдельных территориях (территории риска), во времени (время риска) и среди отдельных социальных, возрастных и бытовых грyпп населения (грyппы риска), а также фазовая перестройка возбудителей и эпидемического процесса с последовательной сменой четырех фаз:
резервации;
эпидемического преобразования;
эпидемического распространения;
резервационного преобразования.
Фазность
развития эпидемического процесса,
уровня инфекционной заболеваемости в
многолетней динамике, т.е. цикличность
или волнообразность, а именно периодические
спады и подъемы ее, объясняются изменением
или активностью внутреннего регулятора
иммуногенетическими факторами и
регулирующей ролью природных и социальных
факторов (внешний регулятор)
Рис.
Фазовые изменения популяции возбудителя
(схема) (В.Д.Беляков, Г.Д.Каминский)
На
оси абсцисс – временные периоды, на оси
ординат слева – показатели вирулентности
(1) и численности (2) популяции возбудителя
в условных единицах, справа – показатели
заболеваемости (3) в условных единицах.
Стрелками указано начало изменения
среды обитания возбудителя: а – достижение
количественного порога восприимичивых,
б – достижение количественного порога
иммунных в цепи циркуляции возбудителя.
Фазы: I – резервация, II – эпидемическое
преобразование, III – эпидемическое
распространение, IV – резервационное
преобразование. Периоды: А – межсезонных
(межэпидемический), Б – сезонный
(эпидемический).
Фаза резервации – это наиболее низкая активность эпидемического процесса (фаза затухания) и самый низкий уровень инфекционной заболеваемости в пределах цикла, но наиболее высокий уровень иммунитета у резистентных лиц (обратная отрицательная связь самая низкая численность популяции возбудителя, самая низкая вирулентность их и самый высокий иммунитет у людей).
В фазе резервации популяция человека (хозяина) по восприимчивости однородна (гомогенна) и представлена иммунными и высоко иммунными лицами. Популяция возбудителя (паразита) в этой фазе также однородна и представлена авирулентными и мало вирулентными возбудителями.
У различных возбудителей авирулентность проявляется по разному и наиболее типичными чертами авирулентных вариантов возбудителей являются:
образование мукоидных форм, R-форм. L-форм, цист, спор;
утрата наружных клеточных структур, поверхностных молекул и антигенов (капсулы, жгутики, пили, адгезины, рецепторы к бактериоцинам, фагам, А и Мбелки. Кантигены);
снижение или отсутствие токсинообразования, ферментов агрессии, сидерофоров, плазмид;
ослабление метаболической и пролиферативной активности (стационарная фаза размножения, замедленная репликация ДНК, РНК, торможение синтеза структурных и регуляторных белков, низкая концентрация клеток);
антигенная и молекулярнорецепторная мимикрия, смена иммунодоминирующих эпитопов. снижение иммуногенности, серологическая конверсия, гено и фенотипическая изменчивость.
Численность популяции возбудителя в резервационной фазе минимальная и большая часть паразитов сконцентрирована в организме хозяев с дефектами иммунной системы. Существование возбудителя в этой фазе при антропонозах обеспечивается за счет различных форм носительства в организмах людей со своеобразным иммунологическим гомеостазом, а также бессимптомных и субклинических форм инфекции у иммунных людей. Отдельные виды возбудителей в этой фазе могут находиться во внешней среде (холерныйвибрион и др.).
Фаза резервации соответствует межэпидемическому периоду и характеризуется почти отсутствием заболеваний или наличием их в виде единичных спорадических случаев у людей наиболее восприимчивых, т.е. с отсутствием иммунитета у них. Состояние популяции возбудителей соответствует состоянию среды обитания: вирулентная или маловирулентная популяция возбудителей – высоко иммунная среда обитания. Но бесконечно долго эта фаза продолжаться не может. В процессе жизни в естественных условиях, т.е. без применения искусственной иммунопрофилактики, наблюдается снижение иммунитета и увеличивается число восприимчивых лиц, а вирулентность возбудителей возрастает. Так начинается вторая фаза – эпидемического преобразования.
Фаза эпидемического преобразования начинается с того, что бывшая однородной в фазе резервации популяция хозяина со временем начинает становиться все более и более неоднородной за счет появления и увеличения числа восприимчивых лиц. Восприимчивые лица появляются в результате рождаемости. Неоднородность по восприимчивости усиливается за счет разноскоростного угасания постинфекционного иммунитета у различных лиц. Этому также способствует неодинаковое снижение у разных лиц общей резистентности к возбудителям инфекционных болезней под влиянием неблагоприятных факторов внешней среды (химических, радиационных и т.д.).
Значительно усиливают неоднородность по восприимчивости миграционные процессы и фактор «перемешивания», приводящие к тому, что в коллективах появляются новые лица, которые не встречались с циркулирующими возбудителями и являются восприимчивыми к ним. Авирулентные возбудители, пассируясь через организм восприимчивых лиц, начинают повышать свою вирулентность. В этой фазе действует направленный отбор, который закрепляет в циркуляции возбудителей, в наибольшей мере приспособившихся к паразитированию в изменившейся среде обитания, то есть, закрепляются вирулентные варианты возбудителя.
В фазе эпидемического преобразования, как правило, роста заболеваемости не происходит или появляются отдельные случаи заболеваний у наиболее восприимчивых лиц. Эта фаза может быть выявлена по иммунологическим сдвигам, сопровождающим циркуляцию среди людей вирулентных возбудителей инфекционных болезней. При накоплении в популяции человека необходимого и достаточного количества восприимчивых лиц возбудительпаразит таким образом повышает вирулентность, что переходит в качественно иное состояние – фазу эпидемического распространения.
В фазе эпидемического распространения состояние популяции возбудителя вновь начинает соответствовать состоянию среды обитания. Однако, в сравнении с фазой резервации – это соответствие совершенно противоположное: высоковирулентная популяция возбудителя – восприимчивая среда обитания.
Высоковирулентные варианты возбудителей:
продуцируют экстрацеллюлярные вещества, ингибирующие пролиферацию и дифференциацию иммунокомпетентных клеток;
образуют капсулы, поверхностные А. G. М-белки и антигены (К-полисахарид), препятствующие опсонизации, фагоцитозу и бактерицидному действию сыворотки крови;
имеют адгезины (пили, лектины, белки), специфические рецепторы, плазмиды и инвазивные факторы, способствующие адгезии, колонизации и транслокации бактерий;
выделяют вещества, тормозящие слияние эндосом и лизосом, а также инактивирующие лизосомальные ферменты, связывающие ионы железа (сидерофоры), снижающие действие температурного фактора (белки теплового шока);
образуют токсины (гисто цито энтеротоксины);
продуцируют вещества, разрушающие секреторный IgA и сывороточный IgG (протеазы). угнетающие нормальную микрофлору (бактериоцины, микроцины);
проявляют антилизоцимное и антикомплементарное действие.
Численность популяции возбудителя в фазе эпидемического распространения максимальная. Эта фаза влечет за собой развитие эпидемии, во время которой заболевают как неиммунные лица, так и лица с частичным иммунитетом, который не защищает их от высоковирулентных (эпидемических) вариантов возбудителя. Фаза эпидемического распространения не может продолжаться неопределенно долгое время, прежде всего, в «интересах» возбудителя, так как в этом случае он истребит всех восприимчивых лиц и лишит себя среды обитания и энергетических ресурсов. Поэтому уже в фазе эпидемического распространения начинает закладываться начало следующей фазы – резервационного преобразования.
Фаза резервационного преобразования начинается с того, что все большее и большее количество вирулентных вариантов возбудителя начинает пассироваться через организм иммунных лиц (переболевших и выработавших иммунитет во время данной эпидемии) и в циркуляции остаются лишь те варианты, которые снизили вирулентность и приспособились к новой (иммунной) среде обитания. В данной фазе значительная часть популяции возбудителя погибает, а заболеваемость людей идет на спад. Не во всех случаях можно связать развитие эпидемического процесса с приведенными фазовыми трансформациями паразита, их последовательностью и значимостью. Это относится к ряду кишечных инфекций, к инфекциям наружных покровов, многим хроническим инфекциям.
Четвертое положение теории саморегуляции паразитарных систем
Четвертое положение, о влиянии социальных и природных факторов на формирование и развитие эпидемического процесса общепризнано. Социальные и природные условия, определяющие фазность развития эпидемического процесса, можно объединить в три обобщающие грyппы:
факторы, определяющие различные формы «перемешивания» людей формирование коллективов, естественные и искусственные миграции;
факторы, определяющие активизацию механизма передачи возбудителя;
факторы, снижающие иммунитет и резистентность.
Любые из перечисленных условий приводят, в конечном счете, к возрастанию прослойки высоко восприимчивых лиц в цепи циркуляции возбудителя, что является сигналом к перестройке внутренней организации его популяции.
Саморегуляторные процессы в представленной В.Д.Беляковым с сотрудниками схеме очевидны при антропонозных воздушно-капельных инфекциях.
При других грyппах антропонозов, также действуют процессы саморегуляции, но их механизм иной (например, при брюшном тифедля обеспечения существования паразитического вида после перенесения острого инфекционного процесса формируется некоторая грyппа носителей, отдельные из них сохраняют возбудителя всю жизнь).
Саморегуляторные процессы, в соответствии с собственными законами, сложившимися в эволюционном развитии, имеют место призоонозных инфекциях (например, инкапсулирование личинок трихинелл в мышечной ткани хозяина).
В отношении факультативных паразитов также, можно говорить о возможности саморегуляции. При паразитировании среди людей саморегуляция ограничивается тем небольшим пространством, где обитают факультативные паразиты (например, отделения стационаров являются местом, где складываются условия для сохранения за счет саморегуляторных процессов условнопатогенных микроорганизмов, причем это очевидно даже при активном воздействии на эти микроорганизмы). Непаразитическая фаза (т. е. существование факультативного паразита во внешней среде) также находится в условиях саморегуляции, но факторы, которые обеспечивают сохранение агента, иные, адекватные внешней среде. Итак, паразитарные системы существуют за счет саморегуляторных процессов, но характер их специфичен для каждой системы.
Таким образом, теория саморегуляции эпидемического процесса позволяет рационально объяснить временные и территориальные закономерности в распространении инфекционных болезней среди населения. Практическая значимость данной теории состоит в том, что она ориентирует на проведение профилактических мероприятий в фазе резервации. При этом рациональными мероприятиями будут являться те, которые предупреждают переход возбудителя из фазы резервации в фазу эпидемических преобразований и фазу эпидемического распространения.