Жданов В. М., Ершов Ф. И. - Укрощение строптивых: рассказы о вирусах и вирусологии

С 1974 г. начала бурно развиваться новая отрасл] биотехнологии и новый раздел молекулярной биологии — генная, или генетическая, инженерия. Она немедленно была поставлена на службу вирусологии. Но об этом мы расскажем несколько позже.

Глава 8 Короли вирусов

(что мы знаем и чего не знаем о гриппе и гепатите)

Его величество грипп

Теперь, когда вы получили некоторые общие сведе ния о том, как устроены вирусы и как они размножаются пришла пора подробнее [поговорить о современном короле вирусов — вирусе гриппа, который сменил на троне ликвидированный вирус оспы и пока не собираетется.

Рис. 9. Ежедневная заболеваемость гриппом и острыми респираторными заболеваниями в Москве в 1979—1980 гг.

без боя оставить свое место. Действительно, до сих пор грипп выделяется среди всех вирусных инфекций и по массовости, и по ущербу, причиняемому здоровью людей. Почти каждую осень с наступлением холодных и дождливых дней начинается волна гриппоподобных заболеваний, которые раньше назывались «простудными катарами» или «острыми катарами дыхательных путей». На фоне их постепенного нарастания в конце декабря, иногда раньше (в ноябре) или позже (в январе или даже в феврале) возникают стремительные эпидемические вспышки гриппа, которые в течение 3—4 нед охватывают население таких больших городов, как Москва или Ленинград, а за 1'/2 мес — население всей станыу Интенсивность этих эпидемий бывает разная: чаще всего они поражают более 10—12% населения и «день максимума» для Москвы означает не менее 50 тыс. свежеза-регистрированных заболеваний (рис. 9). Однако временами эпидемии бывают еще более интенсивными, охватывая 30% населения и больше. Обычно это бывает в пандемические годы, когда волна гриппа поражает население всего земного шара. Например, в 1957 г. в Москве в «день максимума» было зарегистрировано более 100 тыс. заболеваний.

Эпидемии гриппа не только наносят вред здоровью населения, но и причиняют значительный экономический ущерб. Речь идет о миллиардных убытках промышлен-ных предприятий вследствие временной утраты трудоспособности заболевшими или необходимости ухода за боль ными детьми. Трудно учесть дополнительный вред здо ровью населения, причиняемый гриппом, однако известно, что во время эпидемий гриппа увеличивается смертность от сердечно-сосудистых, легочных и других хронических болезней: этим больным грипп нередко выносит смертный приговор.

Возбудители гриппа немногочисленны — вирусы грип па А, В и С. Наиболее частым виновником эпидемий является вирус гриппа А. Вирус гриппа В сравнительно редко (1 раз в 4—6 лет) вызывает эпидемии, которые развиваются сравнительно медленно, и охватывает менее 8—10% населения. Вирус гриппа С является нечастым возбудителем рассеянных заболеваний и почти никогда не вызывает эпидемических вспышек.

История эпидемий гриппа

Эпидемиология гриппа своеобразна и не имеет аналогов среди других инфекционных болезней. Грипп передается воздушно-капельным путем. Больной или носитель (часть зараженных переболевает гриппом в бессимптомной форме или со слабо выраженными клиническими проявлениями болезни) выделяет вирус вместе со слизью носоглотки и верхних дыхательных путей не только при кашле и чиханье, но и при разговоре. Поэтому в окружении больных люди легко заражаются, а так как инкубационный период болезни очень короток и не превышает 1—2 дней, возникшая эпидемия распространяется довольно быстро, охватывая все новые и новые восприимчивые контингенты населения. Дальнейшее развитие эпидемии регулируется иммунитетом, который развивается после болезни через 1 —1/2 нед, и поэтому по мере нарастания иммунной прослойки эпидемия гриппа идет на убыль. В условиях даже большого города на это уходит около 1 мес, а при нынешних широких связях между странами и быстроте транспортных средств эпидемии гриппа в течение немногих месяцев охватывают население многих стран, нередко — полушария или даже всей планеты. Такие обширные эпидемии, охватывающие население всего земного шара, называют пандемиями

В истории эпидемий гриппа можно различить три периода: до 1889 г., с 1889 г. до окончания второй миро вой войны и послевоенное время. Сведения о первых эпидемиях и пандемиях гриппа восходят к средним векам, хотя достоверность этих данных не абсолютна. Возбудитель гриппа А был открыт только в 1933 г., а возбудитель гриппа В еще позже — в 1940 г\ С учетом серологических исследований достоверная диагностика эпидемий гриппа начинается с 1918 г., а при использовании косвенных данных ее можно экстраполировать на вторую половину прошлого века. Тем не менее на основании клинических описаний и данных о быстром распространении болезни можно предположить, что грипп уже существовал в XIV—XV столетиях. О более раннем его существовании ничего не известно, в частности описание эпидемий гриппа отсутствует у врачей Древней Греции и Рима, а также в древних культурах Ближнего Востока, Египта, Индии и Китая. Вполне вероятно, что так называемая английская потница, протекавшая очень тяжело с большим числом смертельных исходов, появившаяся в средние века и «исчезнувшая» в XVIII столетии, на самом деле являлась гриппом.

Установить регулярность развития эпидемий и пандемий в прошлом не удается; в одних случаях они охватывали население немногих стран, в других — грипп распространялся пандемически и поражал население нескольких континентов. Первая достоверно документированная пандемия гриппа (ретроспективно мы знаем, что это был грипп А) возникла в 1889 г. Предполагается, что она началась в Китае, а затем в течение 1'/2— 2 лет распространилась на все страны мира. С этого времени эпидемии и пандемии гриппа стали возникать регулярно.

Следующая пандемия гриппа, печально известная «испанка», зарегистрированная через 29 лет (1918г.), была необычайно катастрофической: за 2 года она распространилась во все страны мира и поразила около 500 млн человек (т.е. 'Д всего человечества). От нее погибло 20 млн человек. Никогда (ни до, ни после этого) грипп не протекал так тяжело: обычно смертность непосредственно от гриппа относительно невелика, гораздо больше приходится считаться со смертностью от сердечно-сосудистых и легочных заболеваний, провоцируемых гриппом. Эпидемии гриппа, охватывающие несколько стран, происходили и после. Эпидемии гриппа А повторяются 1 раз в 2—3 года, а эпидемии гриппа В — 1 раз в 4—6 лет. Последние реже бывают самостоятельными, обычно заболевания гриппом В идут

Рис. 10. Динамика развития эпидемий гриппа в СССР в условных показателях (процент по отношению к годовой заболеваемости).

вместе с гриппом А. Такая ситуация сохранилась до послевоенного периода, при этом далеко не все эпидемии в разных странах развивались одновременно.

Следующие три или четыре пандемии имели место уже после открытия вирусов гриппа, и каждая из них, за исключением последней, была вызвана новыми, до того неизвестными вирусами гриппа А. Мы говорим «три или четыре», потому что первая из них (1947— 1949 гг.) вряд ли может быть названа пандемией, так как она развивалась медленно, и потребовалось около 3 лет, чтобы сравнительно умеренные эпидемии прошли во всех странах мира. Следующая (бесспорная) пандемия получила название «азиатской», а вызвавший ее вирус — вирусом азиатского гриппа. Она, как и две предшествовавшие, началась в Китае (первый вирус, однако, был выделен в Сингапуре) ранней весной 1957 г., что несколько ограничило ее распространение в северном полушарии, но к концу года она охватила весь мир, вызвав заболевания от 1,5 до 2 млрд человек. После этого эпидемии гриппа стали развиваться почти ежегодно, отличаясь степенью интенсивности (рис. 10). Характерно также, что с этого времени установилась их последовательность (очередность) — в зимние месяцы они развивались в северном полушарии, а когда у нас наступало лето — в южном полушарии, где в это время была зима. Новая пандемия разразилась через 11 лет (1968 г.). Она также началась в Китае и была вызвана вирусом, получившим наименование «гонконгского» по месту выделения. Пандемия развивалась стремительно и поразила не менее 1 млрд человек. Последняя пандемия была своеобразной, значительно менее интенсивной, нежели две предыдущие, в связи с чем некоторые не считают ее пандемией. Она началась весной 1977 г. в Китае, распространившись в СССР на Дальний Восток и Казахстан осенью того же года. Вирус получил название А (СССР) 77, так как он был выделен советскими учеными и немедленно передан Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Позже выяснилось, что сходные вирусы были выделены летом 1977 г. в Китае, но информация об эпидемии и выделенные штаммы поступили в ВОЗ только в 1978 г.

Итак, во второй половине 50-х годов установился новый тип эпидемического процесса при гриппе. Периодически, несколько чаще, чем раньше стали развиваться пандемии гриппа, охватывающие весь земной шар, а в промежутках между ними — эпидемии, почти ежегодно поражающие поочередно страны южного и северного полушарий нашей планеты,

Строение и генетика вирусов гриппа

Возбудители гриппа относятся к наиболее изученным в настоящее время вирусам. Вирионы гриппа диаметром 100—120 нм имеют форму, приближающуюся к шарообразной. Особенностью вируса гриппа является фрагментарность его генома, который в отличие от многих других вирусов представляет собой не непрерывную нить нуклеиновой кислоты, а восемь фрагментов РНК, каждый из которых является отдельным геном.

Как и все другие вирусы, вирусы гриппа обладают определенными генетическими (наследственными) свойствами, которые варьируют у разных разновидностей и штаммов. Для их характеристики используют разные признаки, обозначаемые как генетические маркеры. Разные штаммы вируса гриппа отличаются по антигенным свойствам гликопротеидов — гемагглютинина (Н) и Нейраминидазы (N), скорости размножения в куриных эмбрионах, патогенности для мышей, устойчивости к нагреванию и разным химическим веществам и по многим Другим признакам.

Некоторые из таких свойств можно получить, культивируя вирусы гриппа в особых условиях. При длительном культивировании вируса при относительно низких температурах можно получить «холодовые варианты», которые будут размножаться при температуре 25—30°С и Утратят способность размножаться при температуре 39—

40°С. Если длительно пассировать вирус от мыши к мыши, то через 15—20 пассажей можно получить вирус, убивающий 100% зараженных мышей. Свежевыделенные на куриных эмбрионах вирусы гриппа способны вызвать заболевание человека; после 10—12 пассажей на куриных эмбрионах они перестают быть патогенными для человека, но еще сохраняют способность размножаться в слизистой оболочке дыхательных путей, вызывая развитие иммунитета. Такие вирусы можно использовать в качестве живой гриппозной вакцины. После 25—30 перевивок вирусы утрачивают способность размножаться в слизистой оболочке дыхательных путей человека, но зато накапливаются в куриных эмбрионах в колоссальных количествах (до 109 инфекционных единиц в 1 мл).

Известны и другие явления, которые наблюдаются как у вирусов гриппа, так и у многих других вирусов. Если вести пассажи, заражая куриные эмбрионы большими количествами вируса, то в потомстве начнут преобладать неполноценные вирионы, имеющие неполный набор генетического материала, но полный набор вирусных белков. Такие вирионы неспособны вызвать инфекцию, и их обозначают как неполный вирус, или дефектные интерферирующие частицы. Второе название они получили потому, что если ими заразить куриные эмбрионы, то они препятствуют последующей инфекции полноценными вирионами.

Однако одна генетическая особенность вируса гриппа зависит от фрагментарности его генома, которая обеспечивает возможность обмена генами между двумя вирусами, если ими заражены одни и те же клетки. В этом случае в клетке синтезируются два набора одноименных генов двух разных вирусов. Если вирусы относятся к одному серотипу (А, В или С), в потомстве появляются вирусы с разными комбинациями одноименных генов Особенно легко выделить такие вирусы, если ввести в среду иммунные сыворотки к тем или иным антигенам.

Процессы рекомбинации (пересортировки генов) не только легко воспроизводятся в эксперименте, но часто наблюдаются и в естественных условиях, являясь одно? из главных причин изменчивости вирусов гриппа. Они используются для получения штаммов вируса гриппа при приготовлении вакцин.

Варианты гриппозной инфекции и принципы лечения гриппа

/Клетка, зараженная вирусом гриппа, погибает. Уже в первые минуты после начала функционирования вирусного генома, проникшего в клетку, нарушается нормальный синтез клеточных иРНК. Вирусные иРНК связываются в клетках с рибосомами, которые изготовляют вирусные белки по программе, закодированной на вирусных иРНК. Уже через 1—2 ч синтез клеточных белков настолько заторможен, угнетен, что клетка продуцирует преимущественно вирусные белки. Таким образом, центр управления клеткой — ее ядро парализован, рибосомы заняты синтезом вирусных белков, система внутриклеточного транспорта доставляет вирусные белки и дочерние молекулы РНК к местам их сборки, и даже клеточная оболочка, нафаршированная молекулами гемагглютинина, ней-раминидазы и мембранного белка, становится как бы вирусной. В соревновании двух геномов — вирусного, молекулярная масса которого составляет около 5 X Ю6, и клеточного с молекулярной массой около 1 X Ю12, т. е. в соревновании пигмея и гиганта, гораздо чаще, чем нам хотелось бы, побеждает пигмей. Опустошенная клетка, лишенная собственного обмена веществ и содержащая запасы составных частей вируса, синтезированных в избытке, погибает, а миллионы освободившихся дочерних вирионов занимают новые территории тканей слизистых оболочек. Весь цикл размножения вируса длится менее 8—12 ч. Если учесть, что каждый проникший в клетку вирион дает в потомстве по крайней мере 1000 вирионов, после второго цикла репродукции jQ3x3 jQ9 ВИрИОНОВ> а немного больше чем через сутки 109ХЗ = Ю27 вирионов. Эти расчеты объясняют, почему при гриппе столь короткий инкубационный период, который не превышает 1—2 сут.

Если бы вирус распространялся беспрепятственно вширь и вглубь, то через 1—2 сут была поражена вся ткань дыхательных путей и наступила бы смерть. В редких случаях так и бывает: развивается так называемый молниеносный грипп, от которого человек погибает в течение 2 сут. Но обычно бывает не так или не совсем так: клетка, в которой размножается вирус, производит и выделяет интерферон, который попадает в соседние клетки, и теперь они уже не беззащитны против вторжения вируса. Интерферон распознает свои и чужие иРНК. Распознавая чужие иРНК, интерферон препятствует связыванию их с рибосомами и тем самым предотвращает синтез вирусных белков, необходимых для синте за копий дочерних генов. От борьбы этих двух сил -вирусного генома и клеточного интерферона зависит дальнейшее развитие вирусной инфекции: либо она приостанавливается в самом начале, либо после крат-повременного течения наступит выздоровление, либо, наконец, инфекция распространится в легких с развитием смертельной пневмонии.

Эта картина в упрощенном виде показывает три варианта развития гриппозной инфекции. Организм человека не является пластом клеток, по которым распространяется ограниченно или беспредельно вирус гриппа Пораженные вирусом клетки отторгаются, а продукты и распада всасываются и попадают в кровь, вызывая об-щее лихорадочное состояние. В пораженной ткани но-соглотки, трахеи, бронхов развивается воспаление с повышенным выделением слизи. Вирус проникает также в кровь и ' может вызвать повреждение эпителия крове' носных капилляров, а выделяясь через почки — эпители почек.

Но и это еще не все, даже в легких случаях вирус гриппа вызывает резкое угнетение кроветворной и иммун ной систем организма, поэтому во время гриппа в кроы уменьшается количество лейкоцитов, а функции их по давленыУАктивность макрофагов, фагоцитирующих бак] терий и оболочек клеток, а также общий иммунитет орга, низма, снижаются. На этом фоне активизируется дея тельность бактерий, населяющих дыхательные пут! (стрептококки, стафилококки и др.), и вирусов, которые это время находятся в организме или попадают в нег (аденовирусы, парагриппозные и др.), развиваютс осложнения гриппа: затяжные риниты, гнойные воспалд ния придаточных пазух носа, вторичные вирусные брон хиты и пневмонии.

Остановимся на гриппе средней тяжести как на наи более частом варианте течения заболевания. Важно значение для исхода инфекции имеет выработка интер ферона в главном месте развивающейся битвы межд| вирусами и защитными силами организма — эпители верхних и средних дыхательных путей, так как это -j немедленная реакция клеток на заражение их вирусо>| Этот и, возможно, другие, пока еще малоизученны факторы приостанавливают развитие инфекции и обесп чивают начало выздоровления. Лишь в конце 1-й недели болезни, когда основные сражения уже выиграны организмом, появляются первые антитела. Они не очень специфичны, но именно они и завершают работу интерферона, надежно нейтрализуя оставшиеся вирионы и препятствуя их размножению. Через 2 нед появляются специфические антитела. К этому времени собственно гриппозная инфекция уже закончилась и роль их состоит в защите против повторного заражения данным вирусом. Такова общая схема течения гриппа и процессов, лежащих в его основе, или, как говорят, таков патогенез гриппа. Теперь, зная патогенез гриппа, мы можем понять его клинические проявления.

От патогенеза к клинике

Для гриппа характерны быстрое начало с лихорадкой, общей интоксикацией и воспалительными процессами в дыхательных путях.

Мы видели, как быстро, лавинообразно накапливается [вирус гриппа в пораженных тканях, проникая затем в кровь. Всасывание продуктов распада разрушенных вирусом клеток вызывает развитие лихорадки. Температура быстро поднимается до 38—39°С и выше. Одновременно развивается общая интоксикация, которая выражается в головной боли, боли в глазных яблоках, появляются признаки местного поражения дыхательных путей — насморк, кашель, боль в груди. Поражение эпителия стенок кровеносных сосудов может привести к кровотечениям и точечным кровоизлияниям в верхних дыхательных путях, трахее, бронхах. В случае развития первичной гриппозной пневмонии мокрота содержит прожилки крови, больной мучительно кашляет, дыхание тяжелое; наблюдается синюшность вследствие кислородного голодания, вызванного выключением больших участков кожи.

При молниеносном течении гриппа вирус и продукты клеточного распада в большом количестве поступают в кровь, что вызывает разрушение капилляров внутренних органов и мозга, массивные кровоизлияния, отек мозга, от которого и наступает смерть. К счастью, такое течение гриппа бывает сравнительно редко.

Через 3—4 дня после начала болезни нередко развиваются бактериальные осложнения гриппа. При поражении носа и околоносовых пазух носовая слизь становится гнойной. При развитии бактериальной бронхопневмонии больного мучает кашель, боль в груди, мокро та становится гнойной; даже без специального прослуши вания слышны хрипы. Болезнь может затянуться на несколько недель. Теперь она поддерживается уже не вирусом гриппа, а бактериальной микрофлорой.

Больной гриппом требует покоя и ухода. Пребыва ние в постели предупреждает развитие осложнений продолжение же работы, даже домашней, может резко отягчить течение болезни. Бравада, проявление активное ти, общение с людьми не только наносят вред самому больному, но и представляют опасность для окружающих

Заболеваемость гриппом имеет настолько массовьп характер, что госпитализация всех больных не может быть осуществлена. Большая часть больных гриппом остается дома, и за ними ухаживают родные и близкие, которые подвергаются риску заражения гриппом. Чтобы предохраниться от заражения, больного следует по местить в отдельную комнату, а если это невозможно, то хотя бы отгородить его ширмой; выделить больному индивидуальную посуду, которую надо мыть горячей водой; ухаживающие за больным должны носить ватно марлевую маску. Все это снижает опасность заражения гриппом.