Развитие инфекционных заболеваний

Инфекционные заболевания представляли собой наиболее серьезную проблему здравоохранения в мире до начала 20-го века, когда хронические дегенеративные заболевания стали доминировать в этом сценарии в развитых странах. Эпидемии чумы и холеры уничтожали значительную часть населения крупных европейских городов.

Важность, которую возникновение этих болезней, главным образом в форме эпидемий, имело для формирования доминирующего политического, социального и теологического мнения различных человеческих обществ в средневековье и в новое время, была основополагающей в определении и принятии многих путей, которые вели к цивилизации. Взрывоопасные характеристики и непредсказуемость эпидемий даже сегодня являются причиной страха, неуверенности и паники, что можно было ясно увидеть во время недавней коронавирусной эпидемии, которая, к сожалению, не проходит.

Терминология и концепции, используемые сегодня в эпидемиологии инфекционных заболеваний (EID), развились не из единого набора идей или одной дисциплины, а из сложного набора научных областей, которые изучали их возбудителей, причины и детерминанты, динамику передачи и распространения этих возбудителей, а также способы их распространения, профилактику.

Определение инфекции

Инфекционный агент – это название, данное всем микроорганизмам, способным вызывать инфекцию или инфекционное заболевание (совсем недавно было обнаружено, что даже некоторые белки, известные как прионы, могут быть инфекционными). Инфекционное заболевание определяется как состояние, вызываемое специфическим инфекционным агентом или его токсичным продуктом, которое возникает в результате передачи этого агента или его продуктов от инфицированного человека, животного или другого источника восприимчивому хозяину, прямо или косвенно через промежуточное растение или животное-хозяина, переносчика или неживую среду.

Инфекция – термин, который определяет проникновение и развитие инфекционного агента в организме человека или животного, независимо от того, перерастает он в заболевание или нет. Обнаружение этого состояния, при котором отсутствуют признаки признанного родственного заболевания, называется скрытой инфекцией. Границы между инфекцией и заболеванием не всегда ясны и могут меняться с развитием новых методов диагностики, способных выявлять более ранние признаки действия инфекции в организме, или в результате открытия, подтверждающего причинно-следственную связь между заболеванием и уже известным инфекционным агентом (например, Helicobacter pylori как этиологический агент язвенной болезни).

Формы инфекционных болезней

Возникновение инфекционных заболеваний в человеческих популяциях может иметь эндемическую форму (непрерывное возникновение с ожидаемой частотой в течение определенного периода времени и в определенном географическом местоположении, когда высокий уровень инфекции регистрируется, начиная с молодого возраста, и преимущественно поражает молодое население, это называется голоэндемией, и когда он в равной степени поражает все возрастные группы, это называется гиперэндемией) или в эпидемической форме (возникновение заболевания, которое определенно превышает ожидаемое в определенном географическом регионе). 

Когда эпидемия носит генерализованный характер и охватывает разные страны и большое население, это называется пандемией. С другой стороны, когда эпидемия ограничивается небольшим географическим районом или населением, это называется вспышкой, а когда эпидемия ограничивается нечеловеческим населением, это называется – эпизоотия.

Мишень заражения, способы передачи инфекции

Простой или сложный организм, который является мишенью заражающего действия определенного инфекционного агента, был назван хозяином. Хозяин, который укрывает возбудителя на зрелой стадии или в фазе половой активности, называется окончательным хозяином, а хозяин, укрывающий возбудителя на стадии личинки или бесполого развития, является промежуточным хозяином.

Древняя идея заражения (определяемая как передача инфекции от одного человека другому, то есть прямая передача) позже была пересмотрена как заражение между людьми, которое может быть опосредовано различными способами. Это называется непрямой передачей. Этим посредником может быть окружающий воздух (передача воздушно-капельным путем), живое существо, действующее как переносчик (трансмиссивная передача) или даже неодушевленный предмет (переносится транспортным средством).

Инфицирование

Заражение – это ситуация, при которой один человек или объект является носителем инфекционного агента и, таким образом, превращается в потенциальный носитель распространения этого агента. Любое живое существо (насекомые или другие животные) или неодушевленное вещество (вода, воздух, пища, почва), которое переносит этиологический агент, определяется как средство распространения.

Когда передача возбудителя осуществляется при посредничестве членистоногого, это членистоногое называется переносчиком. Переносчик может быть просто механическим, то есть он может просто переносить агент, который случайно заразил его, но это не имеет фундаментального значения для сохранения агента, или он может быть биологическим, когда инфекционный агент обязательно требует, чтобы переносчик переходил из одной фазы в другую в своем развитии, что означает, что уничтожение этого переносчика может также привести к приостановке передачи этим агентом. Переносная способность – это свойство переносчика, измеряемое с помощью таких параметров, как численность, выживаемость и уровень зараженности «дома», и оказывает прямое влияние на способность передачи инфекционного агента.

Инфекционный резервуар, доза инфекции

Резервуар инфекции, также называемый первичным источником инфекции, – это место (человек, животное, членистоногое, растение, почва или вещество), в котором инфекционный агент находит условия, позволяющие ему выживать и размножаться, и откуда он может быть передан другому восприимчивому хозяину.

Для заражения нового хозяина должна быть возможность для восприимчивого хозяина подвергнуться воздействию инфекционного агента, то есть должен быть контакт между агентом и хозяином. Это может быть прямым или косвенным в зависимости от способа передачи возбудителя. Когда этот агент эффективно переносится на новый хост, возникает эффективный контакт. Одним из факторов, влияющих на внешний вид и серьезность заболевания, является инфекционная доза, которая представляет собой количество единиц инфекционного агента, необходимого для возникновения заболевания.

Большие различия, наблюдаемые между различными инфекционными агентами в отношении периода времени между инфицированием хозяина и развитием заболевания или превращением в нового переносчика агента, привели к необходимости определения этих разных периодов.

Периоды развития инфекции

Инкубационный период – это интервал между эффективным воздействием инфекционного агента на восприимчивого хозяина и появлением признаков и клинических симптомов заболевания у этого хозяина (в области неинфекционных заболеваний известен период между воздействием определенной причины и появлением признаков и симптомов заболевания как латентный или индукционный период).

Латентный период – это время от заражения до появления способности к заражению.

Продромальный период – это время между восприятием болезни хозяином и появлением признаков и симптомов, на основании которых возможен клинический диагноз заболевания.

Инфекционный период (или продолжительность инфекционности) – это интервал времени, в течение которого инфицированный хозяин, больной или нет, выпускает возбудителя в окружающую среду и новые восприимчивые люди могут заразиться.

Инфекционный агент, утвердившись в новой особи и гарантируя выживание своего вида, должен постоянно находить и заражать новых восприимчивых особей. Инфекционность – это способность инфекционного агента вызывать новую инфекцию у восприимчивого хозяина, а при заболеваниях, передающихся непосредственно, она измеряется частотой вторичных атак, которая представляет собой долю восприимчивых индивидуумов, у которых развивается инфекция после контакта с первичным заболевшим.

Восприимчивость к инфекции, иммунитет, его виды

Тем не менее, когда возбудитель передается новому хозяину, возникает заболевание или нет, зависит от многих факторов в дополнение к дозе заражения, одним из наиболее важных является восприимчивость. 

Следовательно, успех инвазии возбудителя зависит от большого количества факторов, касающихся хозяина, таких как возраст, генетика, пол, раса, состояние питания и предыдущее воздействие этого возбудителя, которое могло привести к развитию состояния устойчивости к нему — иммунитета. Это может быть активный иммунитет, когда иммунитет вырабатывается либо в результате заражения от агента, либо с помощью его вакцины (мертвые инфекционные агенты, ослабленные агенты, их фракции или синтетические вещества) или пассивный иммунитет, когда иммунитет передается естественным путем от матери к плоду или искусственно путем прививки специфических защитных антител.

Естественный иммунитет относится к врожденному иммунитету человека. Доля лиц в популяции с иммунитетом к определенному инфекционному агенту определяет коллективный иммунитет, являющийся одним из основных факторов, определяющих динамику передачи большинства возбудителей, то есть его способность к распространению — характеристика, которая зависит от взаимосвязи между возбудителем, путем передачи и индивидуальной и коллективной восприимчивостью.

Носительство инфекции

Инфицированные люди или животные, у которых при обследовании не обнаруживаются клинически распознаваемые симптомы данного заболевания, но которые являются носителями соответствующего этиологического агента, называются здоровыми или бессимптомными носителями, и это состояние может быть кратковременным (временное или транзиторное носительство) или длительным (хроническое носительство). Последнее имеет большое значение для общественного здравоохранения из-за способности этих людей распространять болезнь. 

Некоторые инфекционные агенты могут незаметно оставаться в организме хозяина в течение длительных периодов времени без каких-либо признаков своего присутствия, но в конечном итоге могут вызвать заболевание. Это состояние известно как латентная инфекция.

Степень патогенности

Большая или меньшая способность инфекционного агента провоцировать заболевание после заражения хозяина называется вирулентностью или степенью патогенности, численно выражаемой как отношение числа случаев заболевания по отношению к общему числу инфицированных индивидуумов. Очень часто используется показатель смертности, который представляет собой долю смертей по отношению к числу случаев заболевания в течение определенного времени.

Математические модели инфекционных заболеваний

В то время как использование математических моделей для понимания динамики инфекционных заболеваний практикуется уже более ста лет, в последнее время популярность этой области возросла до такой степени, что ее теперь часто путают с эпидемиологией самих инфекционных болезней. Математические модели, применяемые к инфекционным болезням могут быть поняты как попытки использовать системы уравнений для представления элементов динамики инфекционных процессов, включающих агента, хозяина и окружающую среду.

Как и любая модель, математические модели полезны для формирования более или менее полных представлений о связях между различными компонентами системы. Поэтому математические модели полезны не только для изучения аспектов этой взаимосвязи, но и для проверки того, изменяется ли она при воздействии определенных воздействий, таких как контрольные вмешательства.

Эти модели изучают динамику популяции хозяин‐паразит, то есть процессы, которые влияют на количество паразитов и хозяев в популяции. Население делится на три состояния:

• восприимчивые (S), которые могут заразиться; 
• инфицированные (I), которые могут передавать инфекцию восприимчивым лицам; 
• удаляемые (R), у которых есть иммунитет или они умерли в результате инфекции.

Поэтому эта модель эндемической инфекции известна как модель SIR. 

В популяции хозяина при первом контакте с популяцией возбудителей, очевидно, S = 1, а I и R = 0. По мере распространения инфекции S уменьшается, а I увеличивается. Ключевым понятием является базовое репродуктивное число (первоначально названное базовым репродуктивным коэффициентом) (R0) означает «среднее количество вторичных инфекций, вызванных внедрением одного инфицированного индивидуума в популяцию хозяина, в которой каждый хозяин восприимчив» (в случае микропаразитарных инфекций) или «среднее количество потомства (или потомства женского пола в случае двудомных паразитов), произведенного на протяжении всей репродуктивной жизни — продолжительность жизни зрелого паразита, который доживает до зрелости при отсутствии зависящих от плотности ограничений на рост популяции» (в случае макропаразитарных инфекций).

Существует три основные потенциальные ситуации, связанные со значением R0:

1. Если R0 = 1, число случаев стабильно и указывает на то, что заболевание является эндемическим.
2. Если R0 > 1, то число случаев увеличивается, и в конечном итоге оно станет эпидемией.
3. А если R0 < 1, это означает, что число случаев уменьшается.

Развитие молекулярной биологии и интенсивное использование ее методов в различных аспектах изучения инфекционных заболеваний привели к появлению нового набора терминов для EID (эпидемиологии инфекционных заболеваний). Молекулярная эпидемиология будет “использованием методов молекулярной биологии в эпидемиологических исследованиях”.20 Применение методов молекулярного анализа в биологии позволило идентифицировать следы присутствия или воздействия инфекционных агентов в различных субстратах. Эти следы обычно называютсябиомаркеры и служат для стратификации групп и подгрупп, в которых эпидемиологические ассоциации лучше всего наблюдаются.

Биологические маркеры инфекций

Биомаркеры могут быть связаны с агентами, с воздействием или с восприимчивостью хозяев. Маркеры возбудителя позволяют точно дифференцировать различные штаммы данного инфекционного агента. Маркеры воздействия используются для идентификации присутствия или распространения возбудителя путем проверки наличия маркеров его присутствия в различных жидкостях организма. Маркеры восприимчивости определяют степень восприимчивости организма в отношении инфекций в целом или в отношении одной конкретной инфекции. Многие маркеры экспозиции, такие как некоторые антитела, также являются маркерами восприимчивости. Важной и очень полезной концепцией в контексте разработки новых вакцин является концепция коррелятов защиты или иммунологических маркеров защиты, что означает измеряемый иммунологический параметр (обычно антитело), который коррелирует с защитой от болезни.

Возникающие инфекционные заболевания

В последние годы регистрация и восприятие важных изменений в характере возникновения инфекционных заболеваний или в динамике передачи их возбудителей стимулировали интенсивное размышление о факторах, участвующих в этом процессе. В 1992 году термин «возникающие инфекционные заболевания» был определен для обозначения «клинически отличных состояний, частота которых у людей увеличилась». 

Возникающие инфекционные заболевания относятся к пяти различным состояниям:

1. заболевание существовало до того, как было выявлено, но было упущено из виду с медицинской точки зрения, поскольку его нельзя было концептуализировать как нозологическую сущность; 
2. заболевание существовало, но не было обнаружено до тех пор, пока не произошло количественное или качественное изменение в его проявлениях, например, довозникновение вспышки или увеличение ее летальности; 
3. болезнь не существовала в определенном регионе мира до того, как она была занесена туда из другого региона; 
4. болезнь никогда не существовала в человеческой популяции, но существовала в популяции животных; 
5. заболевание является совершенно новым – возбудитель и / или необходимые условия окружающей среды не существовали до первых клинических проявлений. 

Это делает характеристику инфекционного заболевания как возникающего более точной и контекстуализирует его в отношении населения, территории и исторического времени, в которое оно возникает.

В отличие от ситуации в развитых странах, в контексте развивающегося мира возникающие и вновь возникающие инфекционные заболевания являются дополнением к эпидемиологическому профилю, в котором инфекционные заболевания по‐прежнему играют важную роль в показателях заболеваемости и смертности населения. Следовательно, называть эти широко распространенные инфекции и заболевания просто старыми недостаточно, и было предложено обозначить их как сохраняющиеся (или персистирующие) инфекционные заболевания.

Новые инфекционные заболевания

Концепция о том, что инфекционные (и другие) заболевания возникают и вновь проявляются, не нова, как и поиск причин возникновения болезней. Однако часто упускается из виду или забывается, что микробы эволюционируют, адаптируются и появляются в ответ на немикробные и даже небиологические изменения в физической и социальной среде. Увы, иногда нам нужно грубое напомнание об этом уроке, как в случае с недавно случившейся пандемией.

Ключевые моменты:

• большинство новых инфекционных заболеваний (EID) вызываются зоонозными патогенами;
• трансмиссивные заболевания являются серьезной проблемой общественного здравоохранения (паразитарные болезни и передаваемые с помощью переносчика); 
• факторы, способствующие EID, включают рост населения, распространение в медицинских учреждениях, старение населения, глобальные путешествия и изменение мест обитания переносчиков, связанных с изменением климата.

Новые инфекционные заболевания (EID) определяются как инфекционные болезни, которые недавно выявлены в популяции или уже существовали, но быстро растут по частоте или географическому охвату. Проще говоря, это могут быть:

• новые инфекции, возникающие в результате изменений или эволюции существующих организмов;
• известные инфекции, распространяющиеся на новые географические районы или популяции;
• ранее не выявленные инфекции, возникающие в районах, подвергающихся экологическим преобразованиям;
• старые инфекции, вновь возникающие из-за устойчивости к противомикробным препаратам известных агентов или сбоев в мерах общественного здравоохранения.

Серьезной проблемой является синергическая связь между возникающими заболеваниями и другими инфекционными и неинфекционными состояниями. Многие возникающие заболевания являются зоонозными или синоптическими, животное-вместилище инкубирует организм со случайной передачей в человеческие популяции. Аналогичным образом, инфекционная болезнь может передаваться пищевым путем, трансмиссивным или воздушно-капельным. Несмотря на это, для того, чтобы новое инфекционное заболевание утвердилось, инфекционный агент должен быть введен в уязвимую группу населения, и агент должен обладать способностью передаваться от человека к человеку и вызывать заболевание.

Зоонозные заболевания

Зоонозные заболевания – те, которые передаются от животных к людям при прямом контакте или через пищу, воду или окружающую среду, на долю которых приходится 61% инфекционных организмов, поражающих людей. Заболеваемость зоонозами возрастает, когда люди живут в тесном контакте с животными и когда сталкиваются с животными в новых географических регионах. Некоторые примеры включают болезнь Лайма (распространяется клещами) и сальмонеллу (распространяется домашней птицей).

Спектр возникающих болезней широкий и включает: болезни пищевого и водного происхождения, инфекции, распространяющиеся в больницах (внутрибольничные), инфекции, устойчивые к антибиотикам, смертельные заболевания, такие как Эбола и сибирская язва, болезни, поражающие мигрантов, беженцев и путешественников, болезни, вызываемые контактом с животными, и заболевания, распространяемые комарами, клещами и блохами, многие другие.

Трансмиссивные новые инфекционные заболевания

Переносчиками инфекции являются питающиеся кровью насекомые и клещи, способные передавать патогены между хозяевами. Эти патогены являются основными причинами смертности и заболеваемости во всем мире. Наиболее распространенные передаются клещами и комарами. Четырьмя вирусами, переносимыми комарами, вызывающими озабоченность, являются Зика-вирус, желтая лихорадка, чикунгунья-вирус и Денге-вирус.

Факторы, способствующие возникновению вспышек

В период с 1940 по 2004 год было выявлено триста тридцать пять значимых случаев инфекционных вспышек. Большинство (60,3%) происходят из «резервуаров»-диких животных, при этом примерно 1 из 5 передается от животных-хозяев резервуаров людям переносчиками болезней, например, клещами и комарами. Перенесемся в 2008 год и последующий период с обнаружением тяжелой лихорадки, вызванной вирусом тромбоцитопении, и коронавируса ближневосточного респираторного синдрома, а также необычных вспышек вируса Зика, желтой лихорадки и Эболы. Эти инфекционные болезни выдвигают на первый план важность демографических изменений, глобальных путешествий и торговли, а также возможного изменения климата в качестве движущих сил. Биологические, социальные и экологические факторы, которые взаимосвязаны, включают следующее:

• адаптация и изменения микроорганизмов (например, генетический дрейф и сдвиг при гриппе А);
• восприимчивость к инфекции;
• увеличение плотности населения;
• бедность и социальное неравенство (например, туберкулез);
• воздействие расширения сельскохозяйственных угодий на окружающую среду;
• глобализация продовольственного рынка и производства;
• загрязнение окружающей среды;
• изменение климата.

Дополнительные возможности для новых инфекций:

• рост численности населения;
• распространение внутрибольничной инфекции в медицинских учреждениях;
• старение населения;
• миграция, международные поездки;
• изменение и расширение мест обитания переносчиков (более высокие температуры могут позволить комарам и болезням, которые они передают, распространяться в новые регионы);
• лекарственная устойчивость (способствует повторному появлению бактерий, вирусов и других микроорганизмов, которые изменяются с течением времени);
• нарушение общественного здравоохранения;
• преднамеренные биологические атаки (биологические диверсии, совершаемые человеком).

Своевременным примером того, как эти факторы влияют на новые заболевания, является грипп, вирус-возбудитель, который изменяет свою генетическую информацию. Когда эти изменения заметны, иммунная система человека подвергается испытаниям и могут возникать пандемии. Риски генетических изменений и заражения людей повышаются, когда люди проживают рядом с с/х-животными, являющимися естественными вирус-хозяевами. Птичий грипп H-5-N-1 ограничивается заражением в результате прямого контакта с больными птицами. Несмотря на смертельную опасность патогена, он не обладает способностью к передачи другому человеку от зараженного, в отличие от гриппа H1N1, который передался человеку от свиньи. На стыке 2009-1010 г.г. этот вирус оказал глобальное воздействие из-за деятельности человека, особенно авиаперелетов.

Другим примером вирусного поражения, связанного с поведением человека, является ВИЧ. Основная гипотеза заключается в том, что человек сперва заразился этим вирусом в результате тесного контакта с обезьяной, скорее всего, в результате охоты в труднодоступных Африканских регионах. Распространение из с/х-районов в городские центры произошло через авиаперелеты. Поведение людей, например, внутривенное употребление наркотиков, передача половым путем и передача продуктов крови, имели место до выявления нового заболевания, что привело к быстрому распространению.

Учитывая изменения климата, рассмотрим тропическую болезнь чикунгунья. Этот вирус передается комарами, первоначально обитавшими в тропических регионах вокруг Индийского океана. В 2007 году более 200 жителей одного города в Италии пострадали от вспышки этого заболевания. Впоследствии вспышки произошли на всех континентах.

Заключение

В отличие от других болезней человека, инфекционные заболевания могут быть непредсказуемыми и могут привести к глобальным вспышкам. Хотя они являются трансмиссивными, существует потенциал для иммунитета против повторного заражения. Многие из них можно предотвратить с помощью вакцин с потенциалом искоренения.

Существует взаимозависимость между природой и поведением человека. Проблема инфекционных болезней связана с их воздействием на людей: пандемии, эпидемии, а также угрозы здоровью людей.

Несмотря на некоторые успехи в разработке средств противодействия инфекционным агентам, диагностики, терапии и вакцин, активная миграция населения по всему миру усугубило проблемы в диагностике и сдерживании этих заболеваний. Большинство из них могут быть связаны с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) / СПИДом, тяжелым респираторным синдромом и пандемиями, такими как грипп H1N1-2009, как новые инфекции в наши дни. Социальные и экономические последствия этих заболеваний были феноменальными, не говоря уже о качестве жизни инфицированных людей и их семей. Важно понимать категории инфекционных заболеваний. Конкретные категории включают те, которые возникают недавно, те, которые закрепились и могут периодически возникать вновь, и те, которые стали стабильно эндемичными.

Список литературы:

1. Tesh S N.Hidden arguments. Political ideology and disease prevention policy. New Brunswick: Rutgers University Press, 1988.
2. Nelson K E, Williams C M, Graham N MH. eds. Infectious diseases epidemiology. Theory and practice. Gaithersburg: Aspen Publishers, 2001.
3. Giesecke J.Modern infectious disease epidemiology. 2nd ed. London: Arnold, 2002.
4. Webber R.Communicable disease epidemiology and control. Cambridge: CAB International, 1996.
5. Anderson R M, May R M.Infectious diseases of humans: dynamics and control. Oxford: Oxford University Press, 1991.
6. Last J M. ed. A dictionary of epidemiology. 4th ed. New York: Oxford University Press, 1988.
7. Bailey N J.The mathematical theory of infectious diseases and its applications. London: Charles Griffin, 1975.
8. CDC International Conference on Emerging Infectious Diseases. 2018. https://www.cdc.gov/iceid/index.html Available at: Accessed August 3, 2018.
9. Fauci A.S., Morens D.M. The perpetual challenge of infectious diseases. N Engl J Med. 2012;366:454-461.