Иммунологические методы диагностики инфекционных заболеваний
I. Иммунный ответ при инфекционных заболеваниях. Иммунный ответ — это реакция на чужеродный антиген, которая приводит к накоплению и активации клеток, участвующих в его удалении. Течение и исход любой инфекции зависят от силы иммунного ответа на антигены возбудителя.
А. Механические барьеры — кожа, слизистые, мерцательный эпителий дыхательных путей и ЖКТ — препятствуют попаданию микробов в кровь.
Б. Макрофаги препятствуют диссеминации инфекции. В защите от инфекции участвуют как макрофаги, например купферовские клетки, альвеолярные и перитонеальные макрофаги, так и циркулирующие моноциты. Макрофаги захватывают и уничтожают микробы, расщепляют антигены и представляют его T-хелперам.
В. Антитела, как и макрофаги, предотвращают диссеминацию инфекции.
1. IgM составляют основную часть антител, вырабатываемых при первичном иммунном ответе. IgM обладают высокой способностью к связыванию и активации комплемента, агглютинации и опсонизации микробов.
2. IgA присутствуют в сыворотке, лимфе, слезе, грудном молоке, на слизистых и в их секретах, например в слюне. Эти антитела участвуют в защите от микробов, попадающих на слизистые.
3. IgG составляют около 80% иммуноглобулинов сыворотки и являются основными антителами, которые обеспечивают защиту от бактерий, грибов и вирусов.
Г. Лимфоциты. Существуют три популяции лимфоцитов: B-, T- и NK-лимфоциты. B-лимфоциты попадают в кровь и периферические органы иммунной системы из костного мозга и дифференцируются в плазматические клетки, продуцирующие антитела. T-лимфоциты также происходят из костного мозга, но созревают в тимусе. T-лимфоциты делятся на несколько субпопуляций, которые различаются по функциям и поверхностным антигенам (см. гл. 1, п. II.А). В разрушении зараженных клеток участвуют по крайней мере 2 типа лимфоцитов. Это цитотоксические T-лимфоциты — лимфоциты CD8, функция которых ограничена HLA, и NK-лимфоциты, функция которых не ограничена HLA и которые способны разрушать инфицированные клетки на ранних стадиях инфекционного процесса, до появления цитотоксических T-лимфоцитов. Существуют 2 механизма, с помощью которых лимфоциты уничтожают микроорганизмы: разрушение инфицированных клеток при непосредственном контакте и выработка цитокинов, активирующих макрофаги. Больные с недостаточностью клеточного иммунитета подвержены таким заболеваниям, как туберкулез, корь, диссеминированный кандидоз, инфекция, вызванная вирусом varicella-zoster, даже при нормальном гуморальном иммунитете.
Д. Комплемент — это система сывороточных белков, которые разрушают клетки и участвуют в воспалении и регуляции иммунного ответа. Благодаря способности опсонизировать микроорганизмы, связываясь с их поверхностью непосредственно или через антитела, комплемент усиливает фагоцитарную активность макрофагов и нейтрофилов.
Е. Интерфероны — группа цитокинов, которые играют важную роль в иммунитете, в том числе противовирусном. Известны 3 типа интерферонов: интерферон альфа (вырабатывается лейкоцитами), интерферон бета (вырабатывается фибробластами) и интерферон гамма (вырабатывается активированными T-лимфоцитами).
II. Общие принципы иммунодиагностики инфекционных заболеваний
А. Анамнез. При оценке результатов серологических исследований учитывают следующие данные.
1. Анамнез заболевания.
2. Сведения о перенесенных заболеваниях.
3. Сведения о вакцинации (сроки проведения и виды вакцин).
4. Сведения о поездках.
5. Место жительства и контакт с неблагоприятными факторами окружающей среды.
6. Сведения о контактах с источниками инфекции.
7. Сведения о контактах с животными.
8. Время года.
Б. Пробы для исследования. Для посева и определения антигенов возбудителя можно использовать разные ткани и биологические жидкости. Для определения антител к возбудителю обычно используют сыворотку, СМЖ и синовиальную жидкость. Чтобы выявить нарастание титра антител к какому-либо возбудителю, пробы сыворотки забирают в период разгара и в период выздоровления. При обнаружении антител в СМЖ исключают поражение ЦНС.
III. Иммунологические методы, применяемые для диагностики инфекционных заболеваний, приведены в табл. 22.1.
А. РИА — высокочувствительный метод, основанный на реакции антиген—антитело, один из компонентов которой несет радиоактивную метку. Метод позволяет обнаруживать как антигены, так и антитела и определять их концентрацию в исследуемой пробе.
Б. Иммунофлюоресцентный анализ также применяют для выявления как антигенов, так и антител. Этот метод основан на использовании реагентов, меченных флюоресцентным красителем. Антитела чаще всего метят флюоресцеина изотиоцианатом. Меченые антитела связываются с антигеном, образуя комплексы, которые можно выявить с помощью флюоресцентной микроскопии. Существуют три модификации иммунофлюоресцентного анализа.
1. Метод прямой иммунофлюоресценции применяют для выявления антигенов. Он основан на непосредственном связывании антигена, сорбированного на твердой подложке, с мечеными антителами. Реакцию оценивают с помощью флюоресцентного микроскопа.
2. Метод непрямой иммунофлюоресценции позволяет выявить антитела к известному антигену. Антиген, сорбированный на твердой подложке, связывается с немечеными антителами. Комплексы антиген—антитело выявляются с помощью меченых антител к иммуноглобулинам.
3. Метод конкурентной иммунофлюоресценции основан на связывании стандартного меченого и присутствующего в исследуемой пробе немеченого антигенов с антителами, сорбированными на твердой подложке. Поскольку меченый и немеченый антигены конкурируют за связывание с антителами, по количеству связанного меченого антигена можно определить концентрацию антигена в исследуемой пробе.
В. Методы, основанные на реакции преципитации. При взаимодействии растворимых антигенов с антителами образуются высокомолекулярные комплексы антиген—антитело, которые выпадают в виде осадка в растворе или откладываются в виде полос преципитации в геле. Использование очищенных антигенов позволяет определить концентрацию антител в исследуемой пробе.
1. Преципитация в растворе. При добавлении антигена в возрастающей концентрации к одному и тому же количеству антител выпадает разное количество преципитата. Можно построить график — кривую преципитации, — который отражает зависимость между концентрацией антигена и количеством преципитата: при избытке антител количество преципитата возрастает с увеличением концентрации антигена, в зоне эквивалентности (количество антигена примерно равно количеству мест связывания на антителах) образуется максимальное количество преципитата, при избытке антигена количество преципитата уменьшается с увеличением концентрации антигена.
2. Иммунодиффузия — наиболее распространенный из всех методов, основанных на реакции преципитации (см. гл. 20, пп. I.Б—В).
а. Простая радиальная иммунодиффузия. Суть метода заключается в следующем: 1) в тонком слое геля, содержащего антитела в известной концентрации, вырезают лунки; 2) антиген, помещенный в эти лунки, диффундирует в гель; 3) вокруг лунок образуются кольца преципитации, диаметр которых пропорционален концентрации антигена. Метод обычно применяется для определения концентрации иммуноглобулинов.
б. Двойная радиальная иммунодиффузия. Суть метода заключается в следующем: 1) в тонком слое геля вырезают лунки для антигена и антител; 2) антиген и антитела диффундируют навстречу друг другу, образуя линии преципитации на некотором расстоянии от лунок. По расстоянию от лунки с антигеном до линии преципитации можно определить концентрацию антигена.
3. Электрофорез
а. Иммуноэлектрофорез представляет собой сочетание двух методов — иммунодиффузии и зонального электрофореза. Иммуноэлектрофорез применяется в основном для исследования сывороточных белков. Суть метода заключается в следующем: 1) в лунку, вырезанную в тонком слое геля, помещают исследуемую сыворотку; 2) проводят электрофоретическое разделение белков сыворотки; 3) в геле вырезают бороздку, параллельную направлению миграции белков при электрофорезе, и заполняют ее смесью антител к сывороточным белкам; 4) разделенные при электрофорезе белки (антигены) и антитела диффундируют навстречу друг другу. В местах связывания антител с антигенами образуются дуги преципитации (см. гл. 20, п. I.А).
б. Встречный электрофорез. Суть метода заключается в следующем: 1) исследуемые антигены и смесь антител помещают в лунки, расположенные на противоположных концах пластины с гелем; 2) вдоль линии, соединяющей лунки, пропускают постоянный электрический ток; 3) в электрическом поле антитела и антигены быстро перемещаются по направлению друг к другу; 4) в месте связывания антигенов с антителами образуются линии преципитации. Встречный электрофорез применяют в тех случаях, когда антигены и антитела обладают разной электрофоретической подвижностью. Этот метод позволяет быстро определить антигены или антитела в исследуемой пробе и применяется в экспресс-диагностике инфекционных заболеваний.
Г. Методы, основанные на реакции агглютинации, довольно чувствительны и применяются для выявления антигенов на поверхности клеток или частиц и полуколичественного определения антител к этим антигенам. Суть методов заключается в следующем: при связывании клеток или частиц, покрытых антигеном, с антителами образуются крупные агрегаты. Для определения титра антител к поверхностным антигенам клеток или к антигенам, сорбированным на поверхности частиц, смешивают известное количество клеток или частиц, покрытых антигеном, с разными разведениями исследуемой пробы, например сыворотки.
1. Реакция прямой агглютинации применяется для выявления поверхностных антигенов микробов или клеток крови и антител к этим антигенам. Суть метода заключается в следующем: серийные разведения исследуемой пробы (например, сыворотки) смешивают с клетками, за титр антител принимают величину, обратную максимальному разведению сыворотки, которое вызывает агглютинацию. Этот метод более чувствителен, чем методы, основанные на преципитации, поскольку при равной концентрации антигена объем агглютината больше объема преципитата. Реакция агглютинации не зависит от температуры, если только не обусловлена холодовыми агглютининами, которые более эффективны при температуре ниже 37°C.
2. Реакция непрямой агглютинации основана на агглютинации эритроцитов, других клеток или частиц (например, латекса или бентонита), покрытых антигеном. Для определения титра антител серийные разведения сыворотки в физиологическом растворе смешивают с известным количеством покрытых антигеном клеток или частиц. Реакция непрямой агглютинации — чувствительный метод, позволяющий определять растворимые антигены в низких концентрациях.
Д. Реакция связывания комплемента. Суть метода заключается в следующем: 1) антиген смешивают с антителами; 2) к образовавшимся комплексам антиген—антитело добавляют известное количество комплемента, который связывается с этими комплексами; 3) количество несвязанного комплемента оценивают в реакции гемолиза с эритроцитами барана.
Е. Твердофазный ИФА — надежный, экономичный и высокочувствительный метод. Он основан на использовании стандартных препаратов очищенных антигенов или антител, ковалентно связанных с ферментом. Эти препараты сохраняют и иммунологические свойства, и ферментативную активность, которую можно измерить при добавлении субстрата данного фермента (см. гл. 20, п. I.Е).
Ж. Другие методы
1. Определение уровня C-реактивного белка. C-реактивный белок — белок острой фазы воспаления, относящийся к бета-глобулинам. C-реактивный белок, как и другие белки острой фазы воспаления, появляется в сыворотке вскоре после повреждения тканей и начала воспаления. Повышение уровня C-реактивного белка наблюдается при острых бактериальных и вирусных инфекциях, инфаркте миокарда, злокачественных новообразованиях и аутоиммунных заболеваниях (см. гл. 15, п. II.Б).
2. Определение титра холодовых агглютининов. Холодовые агглютинины — это IgM, которые вызывают максимальную агглютинацию эритроцитов при 4°C. Холодовые агглютинины появляются при некоторых заболеваниях, например при микоплазменной пневмонии, реже при гриппе, аденовирусной инфекции и других острых респираторных заболеваниях, а также при сонной болезни. Диагностически значимым считается выявление холодовых агглютининов в титре 1:32 или четырехкратное повышение их титра в течение 7—14 сут.
3. Определение титра агглютинирующих антител. Агглютинирующие антитела к возбудителю появляются в сыворотке при многих инфекционных заболеваниях: сальмонеллезе, паратифе, бруцеллезе, туляремии, риккетсиозе и других. Титр этих антител можно определить в реакции агглютинации инактивированных бактерий при добавлении разных разведений сыворотки. Сыворотку для исследования обычно собирают дважды: в период разгара и в период выздоровления (через 10—21 сут). Диагностически значимым считают четырехкратное повышение титра антител.
4. Реакция Нейфельда — набухание клеточной стенки бактерий под действием антител к типоспецифическим капсульным полисахаридам, видимое при световой микроскопии. Эту реакцию можно наблюдать при добавлении антител, направленных против полисахаридов клеточной стенки Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae и Neisseria meningitidis (серотипов A и C), к этим бактериям. Реакция Нейфельда применяется для исследования сыворотки и СМЖ.
5. Реакция с лизатом амебоцитов мечехвоста (Limulus polyphemus) применяется для диагностики инфекций, прежде всего сепсиса и менингита, вызванных грамотрицательными бактериями. Метод основан на том, что при добавлении бактериальных эндотоксинов жидкий лизат амебоцитов меченосца превращается в гель.