Zdzisław Gliński
UP Lublin
Poznanie budowy układu immunologicznego oraz związanych z nim mechanizmów odpowiedzialnych za sprawne eliminowanie czynników zakaźnych, z jakimi kontaktuje się organizm stworzyło podstawy do opracowania nowych skutecznych metod zapobiegania i leczenia chorób zakaźnych wywołanych przez wirusy, bakterie i grzyby. Stało się więc możliwe, niekiedy bardzo selektywne, sterowanie układem odpornościowym, który jest zespołem bardzo precyzyjnych mechanizmów nadzorowanych przez różne populacje komórek układu immunologicznego i wydzielane przez nie mediatory.
Sterowanie układem odpornościowym w chorobach zakaźnych ma dwa zasadnicze cele: jednym jest nasilenie odpowiedzi immunologicznej, humoralnej i komórkowej, a tym samym zwiększenie odporności naturalnej lub nabycie przez organizm odporności swoistej przeciwko patogenom. Te cele można osiągnąć stosując różnorodnego typu immunostymulatory odporności naturalnej, szczepionki oraz surowice odpornościowe. Drugim celem, który ma mniejsze znaczenie w weterynarii, ale ogromne znaczenie w medycynie, jest hamowanie względnie osłabienie reaktywności immunologicznej, czyli immunosupresja. Leki immunosupresyjne stosuje się najczęściej w transplantologii tkanek i narządów, alergiach i chorobach autoimmunizacyjnych (choroby z autoagresji).
Mechanizmy związane z modulowaniem odporności przeciwwirusowej, przeciwbakteryjnej oraz przeciwgrzybicznej są różnorodne, a ich zrozumienie umożliwi znajomość podstawowych mechanizmów odporności przeciwzakaźnej, naturalnej i nabytej.
Mechanizmy odporności przeciwzakaźnej
Wirusy są bezwzględnymi pasożytami wewnątrzkomórkowymi, które angażują systemy biochemiczne zakażonych komórek gospodarza do uruchomienia syntezy białek i metabolizmu cukrów. Mechanizmy nieswoistej odporności przeciwwirusowej, które są skierowane na różne gatunki wirusów, ograniczają wczesne stadia zakażenia wirusowego oraz opóźniają rozprzestrzenianie się wirusów w organizmie. W tych procesach istotne znaczenie odgrywają interferony (INF, Interferon) oraz komórki NK (Natural Killer). Interferony stanowią grupę cytokin, to jest cząsteczek będących mediatorami reakcji zapalnych i immunologicznych. Interferony są wytwarzane i uwalniane przez komórki w odpowiedzi na zakażenia wirusowe. Komórki NK to limfocyty o właściwości rozpoznawania i niszczenia pewnych komórek zakażonych przez wirusy i niektórych typów komórek nowotworowych. Natomiast w swoistych mechanizmach odporności przeciwwirusowej istotne znaczenie odgrywają przeciwciała przeciwwirusowe i limfocyty T cytotoksyczne (Tc). Przeciwciała neutralizując wirusy ograniczają rozprzestrzenienie się wirusów na sąsiednie komórki i tkanki. Natomiast limfocyty T cytotoksyczne rozpoznają i niszczą zakażone komórki organizmu we wczesnej fazie zakażenia wirusowego. W ten sposób hamują rozsiew w organizmie wirusów potomnych, a tym samym hamują zakażenie komórek docelowego działania wirusów i rozwój choroby w zakażonym organizmie.
Mechanizmy odporności przeciwbakteryjnej zależą od składu chemicznego powierzchni komórki bakteryjnej, produkowanych toksyn i inwazyjności bakterii. O przeciwbakteryjnej odporności naturalnej decyduje głownie układ dopełniacza, interferony, cytokiny, fagocytoza przez makrofagi i granulocyty obojętnochłonne dzięki której mikroorganizmy są pochłaniane i niszczone oraz komórki NK. Układ dopełniacza obejmuje grupę około 30 białek surowicy i płynów tkankowych, które są uczynniane kaskadowo w klasycznej, alternatywnej lub lektynowej drodze aktywacji dopełniacza przez kompleksy antygen-przeciwciało i wywierają działanie głównie na błony komórkowe. Efekt działania dopełniacza przejawia się w postaci rozpuszczania i rozpadu bakterii, chemotaksji (głównie neutrofilów) oraz ułatwieniu fagocytozy.
Swoista przeciwbakteryjna odpowiedź immunologiczna jest związana z funkcją limfocytów B i produkowanymi przez nie przeciwciałami występującymi w poszczególnych klasach immunoglobulin oraz limfocytów T (Tabela 1). Istotną rolę odgrywają przeciwciała skierowane przeciwko antygenom ścian bakterii i toksynom. Przeciwciała aktywują dopełniacz przez co wzmagają pochłanianie bakterii przez komórki żerne. W przypadku bakterii rozmnażających się wewnątrzkomórkowo działają mechanizmy związane ze współdziałaniem makrofagów i limfocytów TCD4+ i TCD8+. Wydzielany interferon gamma (INF-γ) pobudza makrofagi do niszczenia bakterii jednocześnie stymuluje limfocyty T cytotoksyczne.
Immunoprofilaktyka swoista
Immunoprofilaktyka swoista, która obejmuje odporność bierną związaną z siarą i surowicami odpornościowymi oraz odporność czynną pojawiającą się po szczepieniach ochronnych (wakcynologia) rozwija się dynamicznie dzięki nowym odkryciom w zakresie immunologii, biologii molekularnej, biotechnologii oraz nanoimmunologii. Nie tylko teoretycznie, ale i praktycznie, jest możliwe stworzenie szczepionki prawie przeciwko każdemu patogenowi. Pomimo tego, nadal ważne znaczenie w zapobieganiu, a także w leczeniu niektórych chorób zakaźnych, ma odporność bierna związana z siarą i surowicami odpornościowymi coraz bardziej jest również doceniana rola siary w profilaktyce chorób noworodków i cieląt.
Najogólniej, odporność bierna polega na dostarczeniu organizmowi wraz z siarą lub surowicą odpornościową puli przeciwciał. Odporność bierną przeżuwacze uzyskują w sposób naturalny wraz z siarą ponieważ mają łożysko typu łącznotkankowo-kosmówkowego. Ze względu na jego budowę nie ma możliwości przekazania tą drogą płodowi odporności od matki. Przeciwciała zawarte w siarze mają swoistość wobec tych wszystkich drobnoustrojów, z którymi stykał się układ pokarmowy i oddechowy matki. Odporność siarowa zapewnia ochronę immunologiczną cieląt noworodków aż do uzyskania przez nie kompetencji immunologicznej, a więc zdolności do produkowania odporności czynnej, moduluje także rozwój ich układu immunologicznego. Nasilenie odporności siarowej zależy ściśle od zawartości poszczególnych klas immunoglobulin w siarze (potencjał immunologiczny siary). U krowy siara zawiera (mg/100 ml) 100-700 immunoglobulin klasy IgA, 300-1300 IgM, 1400-8000 IgG, podczas gdy mleko krowie zawiera 5-11 IgA 4-15 IgM i 13-120 IgG. IgG siary pochodzą z surowicy krwi krowy, zaś IgA i IgM są syntetyzowane przez komórki plazmatyczne w gruczole mlekowym. Badania Murphy i wsp. (2005 r.) świadczą o różnicy pomiędzy pulą IgG1 w siarze i ilości IgG1 w surowicy cieląt w wieku 48 godz. u różnych ras krów (Tab. 2). Oprócz immunoglobulin w siarze występują elementy komórkowe (limfocyty, neutrofile i makrofagi, limfocytyT). Adsorpcja immunoglobulin i komórek z siary do krwiobiegu noworodka jest możliwa dzięki małej aktywności enzymów proteolitycznych przewodu pokarmowego, obecności inhibitorów proteaz w siarze oraz dużej przepuszczalności nabłonka jelit cienkich noworodka dla białek o dużej masie jakimi są przeciwciała występujące w poszczególnych klasach immunoglobulin. Istnieje możliwość zwiększenia ogólnej puli immunoglobulin w siarze krów, a także przeciwciał skierowanych przeciwko ściśle określonym patogenom. W tym celu immunizuje się ciężarne krowy, z reguły pod koniec ciąży, np. przeciwko kolibakteriozie cieląt. Według prof. Larskiego szczepienie matek pozwala na ochronę rozwijającego się płodu w macicy przed zakażeniem. W tym celu szczepi się bydło przeciwko brucelozie, leptospirozie, wirusowej biegunce i chorobie błon śluzowych. Czas utrzymania się odporności siarowej w organizmie cielęcia zależy od kilku czynników, zwłaszcza od puli immunoglobulin i limfocytów T w siarze, która jest ściśle uzależniona od stanu odporności matki ciężarnej, czasu pobrania przez cielęta pierwszych porcji siary, które są najbogatsze w immunoglobuliny, ilości pobranej siary, zdolności jej wchłaniania z przewodu pokarmowego. Odporność siarowa utrzymuje się względnie krótko, znika z chwila metabolizowania przeciwciał które są białkami w organizmie cielęcia. Z reguły trwa ona od kilku – kilkunastu tygodni. Niski poziom immunoglobulin w surowicy cieląt usposabia do infekcji układu oddechowego i przewodu pokarmowego.
Uodpornienie przy użyciu surowic odpornościowych jest wydajne i działa natychmiast, przeciwciała od razu osiągają wysokie miano, ale odporność utrzymuje się krótko, bo przez okres czasu w jakim immunoglobuliny, które są białkami, nie zostaną zmetabolizowane w organizmie. Poziom przeciwciał po podaniu surowicy własnogatunkowej spada do połowy po około 21 dniach. Natomiast po iniekcji surowicy odpornościowej obcogatunkowej przeciwciała podane z surowicą znikają szybciej z organizmu biorcy już po około 10-14 dniach. W praktyce są powszechnie stosowane swoiste surowice wysokowartościowe, w pewnych przypadkach, też surowice ozdrowieńców którzy przechorowali chorobę zakaźną. Same przeciwciała nie niszczą czynnika zakaźnego, ale przeciwciała występujące w klasie IgG i IgM, z chwilą pojawienia się w krwiobiegu, likwidują zakażenie m. in. przez aglutynowanie komórek zarazka, wiązanie i zobojętnianie toksyn i wirusów, uniemożliwienie adherencji zarazków do receptorów powierzchniowych komórek wrażliwych na ich działanie (target cells), związanie się z zarazkiem i zainicjowanie procesu aktywacji dopełniacza, opsonizację patogenu, aktywację cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał (ADCC).
W seroprofilaktyce i seroterapii są używane surowice wyprodukowane na tym samym gatunku zwierzęcia, u którego będą stosowane (surowice homologiczne), lub surowice obcogatunkowe (heterologiczne), wyprodukowane na innych gatunkach zwierząt. Antytoksyna przeciw jadowi kiełbasianemu i antytoksyna błonnicza są wytwarzane na koniach i są stosowane u ludzi oraz u innych gatunków zwierząt. Stosuje się surowice odpornościowe skierowane przeciwko określonemu zarazkowi lub jego składowym (surowica przeciwtężcowa przeciwko toksynie tężcowej) lub surowice wieloważne które zawierają przeciwciała dla wielu patogenów. Surowice przeciwbakteryjne posiadają przeciwciała skierowane przeciwko bakteriom, przeciwwirusowe przeciw wirusom, antytoksyczne przeciwko toksynom bakteryjnym, jadom zwierzęcym (jad żmij, węży) lub toksynom roślinnym (toksyny grzybów trujących).
Lepsze efekty zarówno w profilaktyce jak i w leczeniu uzyskuje się po stosowaniu surowic odpornościowych jednogatunkowych. Po aplikacji surowic wyprodukowanych na innych gatunkach (surowice heterologiczne), zwłaszcza po kilkakrotnym podaniu, należy się liczyć z możliwością wystąpienia odczynów alergicznych. Naczelną zasadą jest podanie surowicy odpornościowej jak najwcześniej, przed lub po ekspozycji na zakażenie. Należy zawsze pamiętać, że odporność bierna może interferować ze szczepieniem przeprowadzonym w okresie utrzymywania się w organizmie wysokiego miana swoistych przeciwciał dla antygenów zawartych w szczepionce planowanej do użycia oraz, że po iniekcji obcogatunkowych surowic odpornościowych może wystąpić choroba posurowicza.
Oprócz surowic odpornościowych są wykorzystywane poszczególne ich frakcje np. gamma globulina. Otrzymuje się ją z osocza lub surowicy zdrowych zwierząt stosując różne techniki frakcjonowaia. Zawierają one kompleks przeciwciał obecnych w organizmie producenta – gamma globuliny. Stosowanie gamma globuliny eliminuje ujemne (głównie alergiczne) działanie surowic odpornościowych ponieważ nie zawierają one pozaglobulinowych frakcji białkowych.
Stymulacja odporności naturalnej przy użyciu immunostymulatorów
Immunostymulatory odporności naturalnej mają zastosowanie głównie w prewencji chorób zakaźnych i w niedoborach odporności. Zwiększają one nasilenie naturalnych (nieswoistych) komórkowych i humoralnych reakcji immunologicznych. Spośród całej gammy różnorodnych immunostymulatorów, w weterynarii stosuje się najczęściej immunostymulatory biologiczne albo szczepionki nieswoiste. Najczęściej zawierają one w swoim składzie paciorkowce, gronkowce, pałeczki ropy błękitnej, Propionibacterium acnes. Przedstawicielem jest np. biostymina i poliwakcyna. Oprócz wzmacniania odporności naturalnej (nieswoistej) mogą indukować odporność swoistą w stosunku do drobnoustrojów zawartych w immunomodulatorze. Ważną grupę stanowią immunostymulatory farmakologiczne oraz preparaty pochodzenia roślinnego o działaniu modyfikującym odporność naturalną. Są one coraz powszechniej stosowane w profilaktyce chorób lub jako środki wspomagające leczenie chemioterapeutykami. Do najbardziej znanych należy lewamizol, izoprynozyna, azydotymidyna, a z preparatów pochodzenia roślinnego wyciąg z jeżówki purpurowej (Echinacea purpurea).