Эпидемические и пандемические процессы

 

Микроорганизмы-паразиты, использующие принципиально различные стратегии по отношению к иммунным ответам своих хозяев, должны вызывать у них не только принципиально различные инфекционные процессы (см. гл. 3), но и принципиально различные пандемические и эпидемические (эпизоотические) процессы среди их популяций. Однако если мы попытаемся описать такие процессы в рамках сложившихся в ХХ в. определений, то столкнемся с тем, что имеющиеся определения односторонни. Например, по Б. Л. Черкасскому (2001) «эпидемический процесс  — это процесс возникновения и прекращения среди населения специфических инфекционных состояний». Данная формулировка предполагает существование эпидемий одного типа — развивающихся как циклический монопроцесс. К тому же понятия «возникновение», «прекращение» и др. основываются на масштабе времени, воспринимаемом человеком в повседневной жизни.

 

Пандемические и эпидемические процессы, вызываемые паразитами, использующими стратегию первого типа

 

«Цикличность» пандемических (эпидемических) процессов, вызываемых паразитами, использующими стратегию первого типа, предопределяется по меньшей мере цикличностью активизации природных очагов возбудителя инфекционной болезни и цикличностью самого инфекционного процесса.

 

Терминология

 

К определению терминов «природный очаг» и «природный резервуар» возбудителей инфекционных болезней. Типы первичных природных резервуаров. Первичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Общие свойства вторичных природных резервуаров возбудителей опасных инфекционных болезней.

 

Термины «природный очаг», «природный резервуар», «возбудитель инфекционной болезни» носят искусственный, сугубо антропоцентрический характер, так как рассматривают поддержание в природе тех или иных видов микроорганизмов исключительно с точки зрения причинения ими вреда (т. е. болезни) человеку. Микроорганизмы и экосистемы, в которых они существуют, появились задолго до появления человека, поэтому мы должны понимать естественно-научную ограниченность этих терминов.

К определению терминов «природный очаг» и «природный резервуар» возбудителей инфекционных болезней.  Имеются разные определения того, что понимать под природным очагом  возбудителя инфекционной болезни. Например, М. Г. Таршис и Б. Л. Черкасский (1997) таким очагом считают наименьшую часть одного или нескольких географических ландшафтов, где циркуляция возбудителя между животными способна осуществляться неопределенно долго без необходимости заноса его извне. Данное определение относится только к зоонозам. Оно не отражает знаний по экологии возбудителей опасных инфекционных болезней людей и животных, накопленных за последние 20 лет (см. разд. 2.1). К тому же оно не подходит для описания механизмов поддержания в человеческом обществе антропонозов и проникновения в него сапронозов. Поэтому в 1998 г. В. Ю. Литвиным с соавт. было предложено другое определение: природный очаг  — это естественные экосистемы, включающие популяцию возбудителя инфекционной болезни. На мой взгляд, формулировка неудачна из-за отсутствия в ней привязки экосистемы к какому-то ландшафту или территории, она все-таки ближе к определению природного резервуара.

Термин «природный очаг» отражает частный случай взаимодействия на конкретной территории (ландшафте) определенных животных и их эктопаразитов с природным резервуаром, в результате которого они становятся носителями микроорганизма, поддерживаемого в этом резервуаре. Как же отличить «природный очаг» от «природного резервуара»? Ответ на этот вопрос можно получить, исключая промежуточные резервуары из цепочек распространения возбудителя (трофических, эпидемических, эпизоотических) инфекционной болезни на данной территории, до видов, без которых его существование станет невозможно, т. е. до конкретных видов простейших. Их совокупность, минимально необходимую для поддержания микроорганизма, целесообразно считать «первичным природным резервуаром» (см. разд. 2.1). Для описания эпидемических (эпизоотических) процессов, учитывающих сапронозный механизм поддержания возбудителей опасных инфекционных болезней, необходимо ввести ряд новых взаимосвязанных терминов.

Реликтовый очаг опасной инфекционной болезни  — территория, неопределенно долго включающая природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни, о существовании на которой в прошлом вспышек данной болезни среди людей и животных известно из исторических источников. Этот термин — гипотеза. Должен применяться при историческом описании эпидемий и при постановке задачи исследователям на определение методами молекулярной диагностики границ природных очагов возбудителей опасных инфекций, поддерживающихся среди простейших и не проявляющих себя эпизоотиями или вспышками инфекционной болезни среди людей в настоящее время.

Природный резервуар возбудителя опасной инфекционной болезни (первичный) — совокупность одноклеточных организмов — биологических хозяев возбудителя опасной инфекционной болезни человека (животного), без которых его существование в природе как биологического вида невозможно.

Усилители природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни человека —  биотические объекты (растения, животные, их эктопаразиты), не имеющие значения для поддержания в природе возбудителя данной болезни как биологического вида, но способные накапливать, размножать и доставлять его в организм человека.

Природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни (первичный)  — географический ландшафт, в почве которого методами молекулярной диагностики доказано присутствие этого возбудителя среди простейших, но не проявляющий себя эпизоотиями или вспышками инфекционной болезни среди людей (животных) в настоящее время (холодный очаг), и/или на его территории фиксируются эпизоотии и эпидемии данной инфекционной болезни (пульсирующий или активизировавшийся очаг).

Активизировавшийся природный очаг возбудителя опасной инфекционной болезни  — периодическое появление на территории природного очага  возбудителя опасной инфекционной болезни, вызываемых этим возбудителем эпизоотий и эпидемий.

Пульсация природного очага возбудителя опасной инфекционной болезни —  процесс кратковременного (до нескольких лет), интенсивного и охватывающего обширные территории разрушения экосистем «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни»,  проявившийся проникновением этого микроорганизма в популяции диких и домашних животных и их эктопаразитов.

Типы первичных природных резервуаров.  Основываясь на исследованиях О. В. Бухарина и В. Ю. Литвина (1997), в зависимости от комплексных условий среды, в которой будут поддерживаться микроорганизмы, можно выделить четыре типа природных резервуаров возбудителей инфекций.

Почвенный резервуар  — возбудитель инфекционной болезни поддерживается в одноклеточных обитателях почв (простейшие), их ассоциациях, а также в свободном состоянии.

Водный резервуар  — патогенные микроорганизмы имеют в качестве хозяев различных представителей фито- и зоопланктона (водоросли, простейшие, низшие ракообразные), бентоса (черви, моллюски, членистоногие) и их ассоциации.

Техногенный резервуар  — возбудитель существует в простейших организмах, населяющих трансформированные человеком экосистемы.

Наземный резервуар  — существование возбудителей инфекций связано с простейшими наземных животных, их макрофагами и эктопаразитами.

Облигатным паразитам простейших, имеющим циркуляцию в наземном резервуаре (как например возбудитель чумы), свойственна передача среди людей и животных посредством переносчиков, т. е. усилителей природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни. Их распространение среди людей может приобретать эстафетный характер по крайней мере, в двух случаях: 1) если в процесс передачи будут вовлечены эктопаразиты человека; 2) если произойдет «отрыв» возбудителя инфекционной болезни от природного резервуара (см. «Эпидемические монопроцессы циклического типа» в разд. 4.1.2) и они сформируют самостоятельные эпидемические цепочки путем воздушно-капельной передачи (возбудители чумы, натуральной оспы, гриппа, туберкулеза и др.). Многие возбудители инфекционных болезней людей, поддерживающиеся в техногенном, почвенном и водном резервуарах, не имеют возможностей для циркуляции в наземном резервуаре, и они не способны образовывать самостоятельных эпидемических цепочек. Инфицирование людей происходит «веерным путем» из какого-то единого источника (легионеллез — системы кондиционирования воздуха, холера — источники воды, сибирская язва — мясо инфицированных животных и почва; псевдотуберкулез — инфицированные растения и др.).

Первичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни.  Первичный очаг (пульсирующий или холодный) может изменять свои границы, расширяться или сужаться в результате естественной миграции одноклеточных животных, а также проникая в кишечник позвоночных организмов и распространяясь по территории в составе их фекалий. И. В. Домарадский (1998) считает важным фактором существования сапронозов способность простейших образовывать цисту (капсулу или наружную оболочку которой большинство простейших окружает при временном переходе в особое состояние покоя), устойчивую к высушиванию и температурным колебаниям среды. Цисты переносятся на большие расстояния воздушными и морскими течениями, а также перелетными птицами (посещающими болотные места) и насекомыми. Переселенные таким пассивным путем и попавшие в благоприятные условия существования инцистированные простейшие выходят наружу и быстро начинают размножаться. Вместе с ними новый регион может начать «обживать» и новый сапроноз.

Активизация (пульсация) первичного очага  происходит из-за стрессового воздействия на экосистему «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни», занимающую определенную территорию. Например, в результате длительного изменения микроэлементного, водно-солевого и температурного состава среды, в которой существовала экосистема, она переходит в неустойчивое состояние и периодически разрушается, затем восстанавливается, причем масштабы этих процессов нарастают, так как нарастает и само воздействие. Такое состояние экосистемы проявляется сначала небольшими локальными вспышками инфекционной болезни, но постепенно они становятся все более масштабным.

Пульсацию первичного очага  могут вызывать быстро наступающие изменения в экосистеме «простейшие — возбудитель опасной инфекционной болезни», действующие на фоне развивающихся изменений в окружающей среде. Например, увеличение на данной территории численности простейших, в которых микроорганизм будет вести себя как паразит, а не как симбионт. Повышение же вирулентности возбудителя, паразитирующего в фагоцитирующих клетках первичного резервуара аналогично селекции по одному признаку (в данном случае по вирулентности), используемому в животноводстве. Такой прием селекции обычно приводит к утрате многих других свойств, имевшихся у исходной популяции вида. Этот феномен известен генетикам еще с 1930-х гг. и называется «платой за селекцию» (см. у Алтухова Ю. П., 2003). Поскольку «вирулентные» штаммы «отрываются» от первичного резервуара и формируют нестойкий вторичный резервуар, снижение генетического разнообразия «вирулентной» популяции не сказывается на поддержании вида микроорганизма в первичном резервуаре.

Вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни.  Формирование нестойкого вторичного резервуара возбудителя инфекционной болезни среди животных, обитающих на определенной территории, формирует вторичный природный очаг возбудителя инфекционной болезни. Для классификации вторичных природных очагов возбудителей инфекционных болезней можно использовать либо вид животного, наиболее часто вовлекающегося в эпизоотические процессы на исследуемой территории, как это делается в отношении очагов чумы (крысиный, сусликовый, песчаночный и др.; см. в работе Сунцова В. В. и Сунцовой Н. И., 2006), либо классифицировать их по типу географического ландшафта, в пределах которого локализуются основные эпизоотии и эпидемии. Обычно такие ландшафты характеризуются наличием определенных видов животных, вовлекаемых в эпизоотии членистоногими — переносчиками возбудите членистоногих, их суммарной сезонной активностью, а иногда и биологическим подтипом циркулирующего микроорганизма. По этому принципу Б. Л. Черкасский (2001) выделял степные, лесостепные, лугополевые, пойменно-болотные, долин пустынных рек, горно(предгорно) — ручьевые и др. очаги.

Продолжительность существования такого очага может не превышать продолжительности инфекционного процесса у отдельного инфицированного животного. Однако в тех случаях, когда благодаря эктопаразитам позвоночных между ними формируются эпизоотические (эпидемические, когда речь идет о человеке) цепочки, микроорганизм — облигатный паразит простейших получает возможность длительно поддерживаться среди позвоночных, обитающих на данной территории. Основную роль в его поддержании играют макрофаги / моноциты  позвоночных организмов, эволюционные потомки простейших. Попав в организм человека или грызуна, микроорганизм использует те же механизмы специализации, которые позволяют ему поддерживаться среди почвенных одноклеточных организмов (см. разд. 2.1 и 2.2). В результате среди животных, обитающих на определенной территории, вспыхивают эпизоотии, сами они и их эктопаразиты становятся источником возбудителя инфекционной болезни для людей, т. е. усилителями первичного природного резервуара возбудителя опасной инфекционной болезни.

Вследствие меньшей устойчивости вторичные природные очаги не могут существовать дольше, чем первичные. После «угасания» таких очагов остается территория — первичный очаг, в котором микроорганизм продолжает поддерживаться среди одноклеточных организмов. Если мы обратимся к примерам из истории эпидемий чумы, то важным для понимания географической локализации таких очагов может быть сопоставление наблюдений авторов, описавших ее первую и вторую пандемии. В описаниях, разделенных почти восьмью веками, встречаются не только одни и те же города и местности, «пораженные» чумой. Совпадают сроки ее максимального территориального распространения по Европе, «направление движения» и еще ряд других, редко встречающихся обстоятельств, как, например, предшествующее появлению чумы распространение проказы, а затем и натуральной оспы (более подробно см. в книге: Супотницкий М. В., Супотницкая Н. С., 2006).

Общие свойства вторичных природных резервуаров возбудителей опасных инфекционных болезней.  Рассмотрим некоторые общие свойства этих резервуаров, определяющие их роль в поддержании эпидемически значимых микроорганизмов среди позвоночных на определенных территориях.

Вторичные природные резервуары всегда эшелонированы.  Для наземных резервуаров — это множество популяций и видов хозяев возбудителя инфекции, живущих при относительно высокой плотности в различных и неоднородных местах обитания (Gage К., Ostfield В., Olson J., 1995).

Для патогенных бактерий из водных и почвенных резервуаров — это обширные связи с различными обитателями воды, почвы и наземного резервуара. Например, холерные вибрионы обнаруживаются у вислоногих ракообразных, устриц, инфузорий, рыб. Легионеллы — у дождевых червей, личинок насекомых, кузнечиков и др. Возбудитель псевдотуберкулеза у моллюсков, плоских и кольчатых червей, водных растений, а также у более чем 300 видов питающихся ими рыб, млекопитающих, птиц, рептилий (Бухарин О. В., Литвин В. Ю., 1997).

Первичным резервуаром возбудителя туляремии, F. tularensis, скорее всего, являются простейшие A. castellanii (см. разд. 2.1 и рис. 25). Во вторичных резервуарах на территориях природных очагов он может поддерживаться не менее чем 125 видами диких позвоночных животных. Находят инфицированных возбудителем туляремии грызунов, насекомоядных, хищных, птиц, земноводных и даже рыб. В распространении туляремии среди грызунов основная роль принадлежит кровососущим эктопаразитам. Всего на территории бывшего СССР естественная инфицированностьвозбудителем туляремии была обнаружена у 74 видов паразитических клещей и насекомых. Эпизоотии туляремии наблюдаются в год высокой численности грызунов (рис. 61).

 

Рис. 61. Упрощенная схема поддержания возбудителя туляремии во вторичном природном резервуаре.  

 

Разнообразие животных, формирующих вторичные резервуары F. tularensis, способствует многообразию природных очагов туляремии. Они встречаются во всех равнинных ландшафтных зонах, местами проникают в горы. На территории бывшего СССР выделены следующие типы природных очагов туляремии: поймено-болотный, лугополевой, лесной, степной, предгорно-ручьевой, тугайный, тундровый. Каждый тип очага имеет собственные эпизоотологоэпидемиологические особенности (рисунок из книги Шуваловой Е. П., 1976)

 

Эшелонированность резервуара может проявляться наличием в нем имеющих сходные экологические потребности близкородственных видов микроорганизов (например, возбудители коклюша и паракоклюша; бешенства и сходных с ним вирусов — Lagosbat, Mokola, Duvenhage, EBLV1 и EBLV2), видов-аналогов эпидемически значимого возбудителя инфекции (малярийные паразиты) или вообще неродственных видов (возбудители гепатитов В и С), использующих одинаковый механизм трансмиссии.

Патогенные для человека виды «второго эшелона» не фиксируются в эпидемических вспышках из-за относительно небольшого количества вызываемых ими случаев инфекции и сходности ее клинических проявлений с вызываемой доминирующим возбудителем. Однако после «победы» над доминирующим возбудителем они постепенно занимают его место в этой же экологической нише.

Кумуляция резервуаров.  Происходит тогда, когда небольшие по численности резервуары перекрывают друг друга и в совокупности ими достигается критический для развития эпидемического (эпизоотического) процесса размер популяции хозяев и переносчиков паразитических видов. Напри мер, орангутаны (Pongo pygmaeus), даже когда плотность их популяций составляет две особи на км2, являются хозяевами двух различных видов малярийных плазмодий. Эти же плазмодии находят в небольших популяциях людей, проживающих «по соседству», которых также недостаточно для поддержания существования этих патогенов (Wolfe N. D. et al., 1998).

Наличие хозяев, функционирующих как усилители природного резервуара.  Как правило, это промежуточные хозяева, способствующие максимальному распространению возбудителя в среде, в которой возрастает его эпидемическая значимость, или способствующие инфицированию переносчиков. Например, для возбудителя псевдотуберкулеза такими хозяевами будут домашние грызуны, которые вводят его в непосредственное окружение человека, но при этом сами инфицируются, поедая в хранилищах овощи, обсемененные иерсиниями. Другой, более сложный, пример — поддержание эпидемического потенциала R. rickettsii — риккетсии, вызывающей в США пятнистую лихорадку Скалистых гор. По данным K. Gage et al. (1995), для этой риккетсии весьма эффективны трансовариальный и трансстадийный пути передачи между клещами-переносчиками; по-видимому, она не может поддерживаться во вторичном резервуаре без хозяевмлекопитающих. Экспериментальные исследования показали, что инфицирование R. rickettsii самок клещей оказывает вредное воздействие на их жизнеспособность и плодовитость. Существенные потери в инфицированных линиях клещей компенсируются паразитированием самок на риккетсиемичных млекопитающих-хозяевах с передачей вновь приобретенной инфекции своему потомству путем трансовариальной трансмиссии.

Смещение резервуара.  Примером такого явления может быть смещение в США природного резервуара вируса бешенства. Если в 1930-х гг. его находили среди домашних собак, то с 1980-х гг. по ряду причин (вакцинация домашних собак, размножение койотов и др.) он переместился в популяции контактировавших с собаками койотов. А затем распространился на популяции скунсов, енотов и летучих мышей (Rupprecht С. et al., 1995).

«Вакуум вирулентности» в резервуаре.  Понятие «вакуум вирулентности» предложено В. А. Лашкевичем и соавт. (1996) в отношении ситуации, сложившейся в человеческих популяциях в результате вытеснения из них вирулентного полиовируса невирулентными вакцинными штаммами. По их мнению, изменение существовавшего веками экологического баланса между людьми и вирулентными энтеровирусами породило ситуацию, при которой этот баланс восстанавливается за счет проникновения в чувствительную популяцию другого патогена, способного использовать ее как территорию для своего обитания и размножения. Этими вирусами стали вновь возникшие особо вирулентные варианты вирусов из других неполиомиелитных групп энтеровирусов, в частности ЕСН011 и ЕСН193, ранее считавшихся малозначимыми патогенами, т. е. «вакуум вирулентности» во вторичном природном резервуаре образуется в случае вытеснения из него вирулентного возбудителя. Однако будет неправильным ожидать появления во всех случаях вместо вытесненного возбудителя другого, но использующего ту же стратегию паразитизма. Например, если возбудитель использует первую стратегию (вирус натуральной оспы), то совсем необязательно, что его место займет возбудитель с этой же стратегией паразитизма (вирус оспы обезьян), если продолжают действовать те же факторы, которые привели к элиминации из природного резервуара паразита «первого эшелона».