Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота

Московский Государственный Университет Прикладной Биотехнологии

Курсовая работа

Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота

Выполнил

студент Ветеринарно-санитарного факультета

группы ВII-12

Берлин И.Н.

Москва - 2001

Введение

В своей курсовой работе я попытался осветить одно из заболеваний группы трансмиссивных (передаваемых) губкообразных энцефалопатий - трансмиссивную губкообразную энцефалопатию крупного рогатого скота. Выбор данной темы обусловлен не только практическим интересом к болезни животных и человека, но и крайне малой изученностью по сравнению с другими заболеваниями. За время исследования болезней группы трансмиссивных губкообразных энцефалопатий (первое заболевание данной группы - скрепи, было зарегистрировано в 1732 г.) ученые накопили немало опытных данных, но к разгадке природы заболеваний человечество подошло лишь в конце ХХв.

1 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для своей курсовой работы я отбирал официальные документы, научные статьи и публикации из таких источников, как Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ (Минсельхозпрод), Российская академия сельскохозяйственных наук, Российское агентство новостей «Информнаука» (http://informnaura.ru), Центральная научная сельскохозяйственная библиотека. Для поиска материалов в глобальной информационной сети Internet я использовал поисковые системы Апорт! (http://www.aport.ru), Google (http://www.google.com), базу данных «Ветеринарное законодательство» (http://www.agrolink.ru/base_gvc/vetzac/start.html), а также внутренние поисковые системы сайтов Минсельхозпрода (http://www.aris.ru) и журнала Nature (http://www.nature.com).

В своей курсовой работе я использовал материалы пресс-конференции, организованной 24 января в Центральном доме журналиста агентством «Информнаука». Тема: «Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, и передача ее человеку через мясо больных животных».

2 МАТЕРИАЛЫ СОБСТВЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 История открытия прионов

Многие вирусы, давно и хорошо известные как возбудители острых инфекционных заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме людей и животных медленный инфекционный процесс. И в мире бактерий, и в мире вирусов до сих пор продолжают появляться новые фигуранты. На их «черном» счету - болезнь легионеров, лихорадка Эбола, лихорадка Марбург, СПИД и, наконец, «болезнь бешеной коровы», чье необычное название обошло все газеты мира...

В конце ХVII века голландский торговец сукнами Антоний Ван Левенгук, увлекаясь шлифовкой увеличительных стекол, изготовил линзы с 150-300-кратным увеличением и случайно в капле воды впервые увидел новый, неведомый дотоле мир микроорганизмов. Однако прошло еще немало времени, прежде чем все увеличивающиеся отряды охотников за микробами начали открывать возбудителей инфекционных болезней человека и животных.

В самый разгар эры «великих бактериологических открытий», в 1892г., русский физиолог Дмитрий Ивановский докладывает в Санкт-Петербурге результаты своих исследований болезни табака и показывает, что возбудитель табачной мозаики проходит через бактериальные фильтры, то есть фильтры, которые задерживают бактерии. Так было положено начало новой эре «великих вирусологических открытий».

Как это ни покажется странным, но новые вирусные болезни стали известны ученым не только благодаря открытию новых вирусов. Выявилась способность уже известных вирусов вызывать в различных условиях разные формы инфекционного процесса - от бессимптомного до клинически ярко выраженного.

В марте 1954 г. в Лондонском университете исландский профессор Бьёрн Сигурдсон прочитал цикл лекций под общим названием «Наблюдения за тремя медленными инфекциями овец». Эти лекции и их необычное название имели довольно продолжительную предысторию.

В 1933 г. исландские фермеры в целях развития на острове каракулеводства закупили в Германии большую партию овец. В Гамбурге животных погрузили на корабль и отправили в Исландию. Овцы выглядели совершенно здоровыми. Однако спустя несколько лет в различных районах острова на разных фермах среди привезенных овец начали регистрироваться случаи заболеваний, которые нередко носили массовый характер. Болезнь приносила большие убытки. Фермеры были очень обеспокоены, они никогда не встречались с такими болезнями овец. Не встречались с ними и исландские ветеринары.

Фермеры обратились за помощью в Институт экспериментальной патологии в городе Рейкьявике. Долгие годы, исследуя загадочные заболевания, Б. Сигурдсон подметил четыре их главных отличия: необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период, медленно прогрессирующий характер течения, необычность поражения органов и тканей и неизбежный смертельный исход. Заболев, ни одно животное не выживало.

Итак, медленные инфекции обнаружены у овец. Но, может быть, такие необычные инфекции только у овец и встречаются? Так стоит ли о них столько говорить?

Спустя три года в глухих горных районах острова Новая Гвинея американец Карлтон Гайдушек описывает новое заболевание среди папуасов-каннибалов, известное теперь в мировой литературе под названием «куру». Болезнь характеризуется многолетним (до 30 лет!) инкубационным периодом, многомесячным медленно прогрессирующим течением, поражением только головного мозга и обязательным смертельным исходом. Значит, медленные инфекции встречаются не только у животных, но и у людей! Что же является их причиной? Энергичные поиски в этом направлении вскоре принесли свои плоды.

В 1960 году Б. Сигурдсон обнаруживает, что одну из типичных медленных инфекций овец - висну, вызывает... вирус, оказавшийся весьма сходным по многим характеристикам с представителями группы хорошо известных онкорновирусов. Это открытие, конечно же, способствовало укреплению представления о том, что и все другие медленные инфекции человека и животных должны являться вирусными заболеваниями, и в большой мере стимулировало поиски именно в этом направлении. А поиски, между тем, приносили новые находки.

Спустя несколько лет еще более ошеломляющим оказалось открытие у, казалось бы, давно и хорошо знакомых нам «домашних» вирусов кори и краснухи способности вызывать медленный инфекционный процесс у детей и подростков. Здесь было чему удивляться. В самом деле, ведь практически все дети переносят корь, однако лишь в редких случаях, спустя несколько лет, у некоторых из них может развиться медленная коревая инфекция, известная под названием «подострый склерозирующий панэнцефалит».

Наиболее ранним признаком болезни служат общее недомогание, утрата аппетита, постепенная потеря веса, жалобы на головокружение и головные боли. Вскоре появляется повышенная раздражительность и необыкновенная забывчивость, что, естественно, начинает сказываться на учебе: ребенок становится плаксивым, а позднее и вовсе неспособным усваивать новое. Болезнь прогрессирует: снижается интеллект, расстраивается речь, изменяется письмо, плохо воспринимается и не запоминается школьный материал. Нарушается двигательная способность, слабеет мышечная сила, ухудшается зрение вплоть до слепоты. Через несколько месяцев наступает смерть.

Выяснилось, что развитие медленной коревой инфекции с наибольшей вероятностью возникнет у тех детей, которые перенесли корь в самом раннем возрасте - до одного года.

Весьма сходную картину дает вирус краснухи. Достаточно безобидный для взрослых и детей, этот вирус в высшей степени опасен для организма плода. В результате заражения беременной вирус краснухи легко проникает через плаценту в ткани плода, где, активно размножаясь, вызывает грубые и зачастую несовместимые с жизнью нарушения в органах и тканях. Это приводит к развитию тяжелых уродств и последующей гибели плода или новорожденного. Более того, оказалось, что длительно присутствуя в организме внешне здорового новорожденного, такой вирус способен, спустя много месяцев или даже лет, вызвать у ребенка развитие прогрессирующего краснушного панэнцефалита. Эта медленная вирусная инфекция характеризуется в течение второго десятилетия жизни комплексом постепенно прогрессирующих нарушений двигательной и умственной функции с неизбежным смертельным исходом.

Два эти примера свидетельствуют о существовании реальных возможностей, когда просто «недруг» может превратиться в абсолютно смертельного врага!

За короткое время вирусологи накопили огромный фактический материал, показывающий, что очень многие вирусы, давно и хорошо известные как возбудители острых инфекционных заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме людей и животных медленный инфекционный процесс. К вирусам кори и краснухи вскоре добавились вирусы герпеса, клещевого энцефалита, лимфоцитарного хориоменингита, бешенства, африканской лихорадки свиней, инфекционной анемии лошадей, вирусы семейства папова, гриппа, иммунодефицита человека и другие. В настоящее время известно уже около 30 медленных вирусных инфекций, причина которых твердо установлена.

Но вот на что хотелось бы обратить особое внимание. Начиная с первого сообщения Б. Сигурдсона, постепенно, но неуклонно среди все увеличивающегося числа медленных инфекций накапливались сведения об особой группе заболеваний человека и животных, при которых картина поражения организма существенно отличалась выраженным своеобразием. А именно: при этих болезнях патологические изменения наблюдаются только в центральной нервной системе. В чем они выражаются?

Без признаков воспаления в головном и иногда спинном мозге обнаруживаются признаки гибели нервных клеток и их отростков. В мозговой ткани образуются вакуоли, количество которых постепенно увеличивается. На основе таких первично-дегенеративных процессов (без признаков воспаления!) в головном и иногда спинном мозге медленно и постепенно развивается картина формирования так называемого «губкообразного состояния» - мозговая ткань на гистологических срезах выглядит как губка из-за огромного количества вакуолей (рис.1 и 2).

Кроме того, в мозговой ткани могут образовываться и накапливаться амилоидные бляшки и, что не менее характерно, разрастается глиозная ткань мозга. И больше ничего! Ни иммунологических проявлений, ни признаков воспаления.

Подобное своеобразие патологии определило название всей этой удивительной группы страданий - «трансмиссивные губкообразные энцефалопатии». Именно трансмиссивность губкообразных изменений только в мозговой ткани и есть их уникальный отличительный признак. Заметим в скобках, что губкообразная энцефалопатия может иногда развиваться у боксеров, но она не трансмиссивна, то есть её невозможно передать, например, лабораторным животным.

Теперь зададимся вопросом: кто же вызывает эти особенные медленные инфекции? Наверное, тоже вирусы? Вот только обнаружить их никак не удается. Десятки лет в различных лабораториях мира исследователи пытались выяснить причину этих загадочных трансмиссивных губкообразных энцефалопатий, но все их усилия заканчивались неудачами!

Знаменитый К. Гайдушек еще в 50-х годах развернул настоящий госпиталь в поселении людоедов на острове Новая Гвинея, стремясь всесторонне исследовать куру и постараться выяснить причину этого смертельного заболевания. Поиски, надо сказать, велись с завидным упорством: мозгом людей, умерших от куру, заражали десятки разнообразных образцов клеточных культур, различных лабораторных животных, начиная от мышей и кончая обезьянами, но все попытки были тщетными. Лишь спустя несколько лет ученому, получившему за эти работы Нобелевскую премию, удалось на шимпанзе доказать инфекционную природу куру и не более того! А возбудитель куру, впрочем, как и других трансмиссивных губкообразных энцефалопатий человека и животных, оставался загадкой. Тогда еще никто даже и не предполагал, что многолетние поиски вирусов-возбудителей трансмиссивных губкообразных энцефалопатий есть не что иное, как тяжелое, но безрезультатное движение по ложному пути...

Шло время, и постепенно накапливались косвенные сведения, если не о природе, то во всяком случае о некоторых свойствах загадочных возбудителей этих загадочных заболеваний. Вирусологи считали, что это вирус: не размножается (в отличие от бактерий) на искусственных питательных средах, не виден в световом микроскопе (правда, и в электронном тоже не виден), проходит через бактериальные фильтры. Что еще нужно?

Но будем объективны и признаем, что в то же самое время накапливались и не совсем обычные сведения. Так, например, стало известно, что зараженная мозговая ткань не теряет своей инфекционности после облучения ультрафиолетовым светом. А ведь ультрафиолетовые лампы, широко применяемые для стерилизации воздуха в операционных и лабораториях, называются «бактерицидными», хотя правильнее было бы называть их и «вирусоцидными», так как под действием ультрафиолетовых лучей погибают не только бактерии, но и вирусы.

Возбудитель легко противостоял переваривающему действию некоторых весьма активных ферментов. Еще более удивительной оказалась устойчивость возбудителей трансмиссивных губкообразных энцефалопатий к рентгеновым лучам, убивающим, как известно, вообще все живое. И, наконец, совсем непонятна повышенная устойчивость инфекционного материала к нагреванию - инфекционность сохранялась даже после 15-минутного кипячения. Здесь было над чем задуматься. И, как всегда в таких случаях, появлялись предположения, гипотезы, одна другой фантастичнее.

Неизвестно, чем бы это все закончилось, если бы в 1982г. молодой американский биохимик из Сан-Франциско Стэнли Прузинер не подошел к решению этой проблемы как биохимик. Он взял мозговую ткань зараженных хомяков (в мозге которых накапливается наибольшая концентрация инфекционного агента) и постепенно начал её чистить, одновременно строго следя за сохранением инфекционной способности.

Оказалось, что инфекционность связана с низкомолекулярным белком, не содержащим никакой нуклеиновой кислоты. Это было открытие нового класса инфекционных агентов, принципиально отличающихся от простейших, бактерий, вирусов и даже вироидов. Все известные доныне инфекционные агенты, к какому бы классу они ни относились, обязательно содержат одну из двух нуклеиновых кислот, а иногда и обе одновременно. И даже простейшие из них - вироиды, которые в противоположность вирусным частицам и вовсе лишены белковой оболочки, - и те представлены изолированной молекулой рибонуклеиновой кислоты, обладающей инфекционностью.

В чем же загадка инфекционного белка, открытого С. Прузинером? Он лишен нуклеиновых кислот, но одновременно, как выяснилось, обладает свойствами, не наблюдающимися у других возбудителей инфекционных заболеваний. Грандиозность этого открытия была такова, что сразу его даже не смогли по достоинству оценить. Лишь в 1997г., через 15 лет, С. Прузинер получил Нобелевскую премию «за открытие прионов» (обнаруженный им белок он назвал «инфекционный прионный белок).

2.2 Что такое прион?

Прионы представляют собой беспрецедентный класс инфекционных агентов, составленных только из измененных белковых молекул хозяина. Прионы не содержат нуклеиновых кислот и, таким образом, отличаются от всех известных микроорганизмов, таких как бактерии, грибки, вирусы и вирусоподобные частицы. После многократных пассажей в культуре было доказано, что патогенные прион-протеины, способные к трансмиссии, являются мутантами клеточной изоформы нормального прион-протеина. К настоящему времени установлено 18 различных мутаций человеческого гена PrP, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Прион-протеин (PrP) представляет собой сиалогликопротеид с молекулярной массой 33000-35000 дальтон, кодируемый единственным геном, расположенным у человека в 20 хромосоме. Он состоит у человека приблизительно из 254 аминокислот, включая 22-членный N-терминальный сигнальный пептид. Прион PrP-с найден у всех млекопитающих. Его жизненный полупериод составляет несколько часов, но он хорошо сохраняется в течение развития. Прионы очень устойчивы к различным физико-химическим воздействиям (табл. 1).

Таблица 1 - Характеристика устойчивости прионов к различным воздействиям

Реактивы	Дозы	Эффект воздействия
Физико-химическое воздействие
NH2OH	0,1-0,5 мM	Устойчив
Псорален	10-500 мг/мл	Устойчив
Фенол	100%	Инактивация
SDS	1-10%	Инактивация
Zn2+	2 мM	Устойчив
Мочевина	3-8 M	Инактивация
Сода	1№в течение 1 часа при 20°C	Инактивация
Гипохлорид натрия	2,5% в течение 1 часа при 20°C	Инактивация
Обработка ферментами
ДНK-аза A	0,1-100 мг/мл	Устойчив
ДНK-аза	100 мг/мл	Устойчив
Протеиназа K	100 мг/мл	Инактивация
Трипсин	100 мг/мл	Инактивация
Физическое воздействие
Автоклавирование	136°C в течение 18 минут	Инактивация
Сухой жар	160°C в течение 24 часов	Инактивация
УФ	Сильные дозы	Устойчив

Прионы устойчивы к кипячению в течение 30-60 мин, высушиванию до 2 лет, замораживанию в 3 раза больше, чем известные вирусы, химической обработке спиртами, формальдегидом, кислотами, к УФ-облучению, гамма-излучению, гидролизу ферментами. Наиболее эффективные воздействия оказываются в дозах, которые денатурируют практически все белки. Иначе говоря, из всего живого прион погибает последним.

PrP-с входит в состав наружных клеточных мембран, связан с внешней поверхностью клеток якорем гликолипида и участвует в эндоцитозе и катаболизме клеток. Несмотря на то, что самый высокий уровень концентрации PrP выявлен в нейронах, его могут синтезировать и многие другие клетки организма. Роль нормального прион-протеина (PrP) у здоровых индивидуумов еще до конца неизвестна. Прион-протеин необходим для нормальной синаптической функции. Предполагается, что прионы принимают участие в межклеточном узнавании и клеточной активации. Некоторые считают, что их функцией является подавление возрастных процессов и поэтому прионовые болезни сходны по своим клиническим и морфологическим характеристикам с геронтологическими заболеваниями.

Установлено также, что клеточный прионный белок поддерживает так называемые «циркадианные ритмы» (от латинских слов «circa» - около и «dies» - день), то есть околосуточные ритмы активности и покоя в клетках, тканях, органах и в организме в целом. Те, кто совершал дальние перелеты (например, из Москвы на Дальний Восток или в Вашингтон), хорошо знают: перелетев из одного часового пояса в другой, трудно войти в новый ритм. Клеточный прионный белок играет роль своеобразного успокоителя, с определенной (околосуточной) периодичностью тормозя активность клеток, тканей и организма в целом. В этом нетрудно убедиться, если искусственным образом (такие опыты уже есть) снизить или вовсе лишить, к примеру, мышку, способности вырабатывать в организме нормальный прионный белок. Спустя некоторое время, у нее резко сокращается период сна, а затем животное и вовсе погибает от развившейся бессонницы.

Прион-протеин (PrP) существует в двух формах:

- в виде нормальной, неинфекционной формы, которая встречается в головном мозге как в норме, так и у инфицированных больных. Эта форма обозначается как клеточный прион-протеин, или PrPc;

- изоформа, или PrP-Sc (от «scrapie» - болезнь овец), которая является патологической, инфекционной формой и накапливается в головном мозге только у больных людей и животных, страдающих губкообразной трансмиссивной энцефалопатией.

Классификация. В настоящее время у человека известны две группы заболеваний, вызываемых прионами:

- губкообразные трансмиссивные энцефалопатии;

- губкообразный миозит с прион-ассоциированными включениями.

Наиболее изученными на сегодняшний день являются губкообразные трансмиссивные энцефалопатии.

Патогенез прионовых энцефалопатий. Исходя из установленного факта, что прионовые болезни уникальны с генетической и инфекционной точки зрения, Прюзинер предложил в 1991г. современную концепцию патогенеза губкообразных трансмиссивных энцефалопатий. Суть ее состоит в том, что человек может быть инфицирован прионами двумя способами:

- наследственная передача по Менделю (аутосомно-доминантный тип наследования). Однако это не prima facie наследование, а последовательное через предварительную генную ауторепликацию инфекционного агента

- трансмиссия инфекционного агента алиментарным или ятрогенным путем.

Прионовые заболевания являются одновременно и инфекционными, и наследственными болезнями. Они могут быть и спорадическими в том смысле, что имеются случаи, в которых не выявляют никакого известного фактора риска, хотя наиболее вероятно, что инфекция была приобретена одним из двух ранее указанных способов. Исходя из современных знаний, трансмиссия прионовых энцефалопатий определяется тремя факторами: дозой инфекта, путем инфицирования, видовым барьером.

Доза инфекционного агента, полученная хозяином, зависит от количества ткани инфекта и его вирулентной способности (инфекционный титр). Но необходимо всегда помнить, что при повторной экспозиции обязательно существует риск кумулятивного эффекта.

Путь инфицирования прионами играет важную роль в развитии заболевания и имеет свою определенную иерархию. По степени значимости пути инфицирования можно распределить в такой последовательности:

- интрацеребральный;

- интравенозный;

- интраперитонеальный;

- подкожный;

- оральный.

В качестве примера зависимости от дозы и пути поступления инфекта служат эксперименты, которые показали, что доза, необходимая для заражения прионами мышей при оральном пути должна быть в 200 000 раз выше, чем при интрацеребральном.

При попадании инфекционного прионного белка в здоровый организм в нем начинается следующее (рис.3): в результате соединения одной молекулы инфекционного прионного белка (РrРSс) с одной молекулой клеточного (нормального) прионного белка (РrРС) в молекуле последнего происходят пространственные изменения. А именно: две из четырех спирально завитых структур в молекуле клеточного прионного белка (А) вытягиваются. Именно это пространственное изменение приводит к тому, что молекула такого белка становится инфекционной: РrРSс + РrРС = 2 РrРSс и так далее...

Рисунок 3 - Размножение прионов в клетках

Таким образом, в отличие от всех известных инфекционных агентов, инфекционный прионный белок не синтезируется заново, а накапливается исключительно за счет превращения нормального клеточного белка в инфекционный.

Видовой барьер. Трансмиссия прионовых губкообразных энцефалитов у лабораторных и диких животных длительное время является предметом многочисленных исследований. Замечено, что при первом проявлении болезни у определенного вида животных время инкубации очень длительное, тогда как после первого же пассажа новому хозяину в пределах этого же вида, оно сокращается. В последующих пассажах оно уменьшается еще больше до тех пор, пока не достигнет стабильного периода, характерного для данного вида. Эта устойчивость к прионовой инфекции у различных видов получила название «видовой барьер». Установлено, что для преодоления видового барьера и распространения заражения внутри самого вида необходимы очень высокие дозы инфекта. Однако исследователи обратили внимание на тот факт, что при одинаковой дозе инфекта трансмиссивность подострых губкообразных энцефалитов в одних случаях (например, скрепи овец) зависит от источников агента, а в других - сразу и от вида донора, и от вида реципиента.

Обнаружено, что при различных способах введения патологических прионов через различные периферические пути, включая брюшную полость, желудок, инфекционный агент сначала появляется в клетках лимфоретикулярной системы миндалин, тимуса, лимфатических узлов и, особенно, селезенки. В первую очередь инфект определяется в B-клеточных зонах.

Авторы показали, что дифференцированные B-лимфоциты принимают участие в нейроинвазии прионов. Это, по их мнению, может иметь значение для предупреждения болезни и использовано в терапевтических целях.

При алиментарном заражении прионы в Пейеровых бляшках тонкой кишки проникают через клеточные мембраны во внутренние структуры лимфоидных клеток, откуда в дальнейшем они попадают в другие органы иммунной системы: лимфоузлы, селезенку, миндалины и др. В этих органах возможна частичная репликация прионов. Предполагается, что дендритные клетки являются пермиссивными для периферической репродукции прионов. Из органов иммуногенеза прионы по нервам достигают ближайших аксонов. В области аксона может происходить их значительная репликация. При достижении критической концентрации прионы продвигаются по направлению к спинному, а затем головному мозгу.

После подкожного заражения грызунов прионы выделяются из селезенки (1-я неделя после заражения), из селезенки и лимфатических узлов (5-13-я неделя), из спинного мозга (13-17-я неделя) и из головного мозга (17-19-я неделя). Установлено, что патологические изменения в мозге появляются на 25-й неделе, а клинические проявления начинают регистрироваться с 34-й недели. Все пораженные органы содержат до 10 млн. инфекционных единиц на 1 г, однако в них, за исключением головного мозга, не обнаруживается никаких патологических изменений. По некоторым данным, максимум инфекционности достигается к 40-му дню, т.е. задолго до клинического заболевания у внешне совершенно здорового животного, когда еще нельзя распознать болезнь и принять меры по профилактике и лечению. Из этого обстоятельства вытекают трудности ранней диагностики и опасность передачи инфекции с продуктами питания.

Экспериментально доказано, что репликация прионового агента может происходить как в нейронах, так и в глиальных элементах. Некоторые авторы считают, что астроциты и другие глиальные клетки, возможно, играют ключевую роль в патогенезе прионовой инфекции. Это подтверждается высоким уровнем цитокинов на поздней стадии заболевания. К тому же на линейных мышах, у которых инфицированы были только глиальные клетки, получена морфологическая картина губкообразной энцефалопатии.

Инфицированность органов иммуногенеза подразумевает перенос инфекционного агента с кровью. Однако ни в инкубационном периоде, ни в преклинической стадии, ни даже в разгар болезни пока не находят биологических сдвигов в периферической крови.

После внутрицеребрального внедрения в животный организм прион-протеина PrP-Sc, он начинает избирательно накапливаться в мозге. Имеются доказательства существования транспорта PrPC и PrPSc вдоль аксонов. Большинство клеточных прионов протеина присоединяются к внешней поверхности мембраны клеток якорем гликопротеидов после прохождения через комплекс Гольджи. Подобно другим протеинам, изоформа прион протеина PrPSc проходит внутрь клетки через фиссуры, находящиеся на поверхности клетки. В отличие от клеточной изоформы прион-протеина PrPSc накапливается в клетке.

Иммуно-электронномикроскопические исследования указывают на то, что накопление PrPSc происходит в структурах вторичных лизосом, содержащих фигуры миелина, богатые фосфолипидами. После повреждения лизосом и гибели клетки прионы заселяют другие клетки. Внутриклеточное накопление PrPSc в головном мозге проявляется губкообразной дистрофией нейронов, гибелью нервной клетки и реактивным астроцитозным глиозом, что и определяет нейроморфологию прионовых заболеваний.

Патоморфология прионовых энцефалопатий. Нейропатология прионовых болезней человека характеризуется 4 классическими микроскопическими признаками:

- губкообразными изменениями;

- потерей нейронов;

- астроцитозом;

- формированием амилоидных бляшек.

Макроскопически во всех случаях прионовых энцефалопатий отмечено незначительное уменьшение массы головного мозга, в отдельных наблюдениях отмечена умеренная атрофия извилин, главным образом у лиц с пролонгированным течением заболевания.

Микроскопически прионовая губкообразная энцефалопатия характеризуется наличием множества овальных вакуолей (спонгиоз) от 1 до 50 микрон в диаметре в нейропиле серого вещества конечного мозга. Вакуоли могут выявляться в любом слое коры мозга. Это могут быть отдельные вакуоли или группы, разделенные на участки. На парафиновых срезах вакуоли выглядят оптически пустыми, однако в некоторых из них при окраске гематоксилином и эозином нередко выявляется мелкая зернистость. Вакуоли могут сливаться в микроцисты (200 микрон и более), в результате чего существенно искажается цитоархитектоника коры. В цитоплазме больших нейронов коры также может выявляться вакуолизация.

Помимо коры губкообразные изменения нейропиля и вакуолизация цитоплазмы нейронов отмечаются по ходу всех полей аммоновых рогов, по ходу зубчатой фасции, в области подкорковых ядер, таламусе и коре мозжечка. Вовлечение в патологический процесс мозжечка является наиболее характерным проявлением этой болезни, хотя степень спонгиоза в нем очень вариабельна. Слияние вакуолей не характерно для мозжечковых повреждений. Спонгиоз чаще представлен микровакуолями диаметром 1-50 микрон, расположенными в молекулярном слое.

Губкообразные изменения постоянно сопровождаются уменьшением числа нейронов различных отделов коры. В основном страдают нейроны III-VI слоя. В отдельных сохранившихся нейронах отмечается вакуолизация цитоплазмы, некоторые нейроны сморщены, гиперхромны. Степень выпадения нейронов коррелирует с выраженностью губкообразных изменений и соответствует длительности заболевания. Описанные признаки сочетаются с пролиферацией клеток астроглии. В пролиферирующих астроцитах обнаружены различные дистрофические изменения, начиная с вакуолизации цитоплазмы и кончая появлением тучных форм с последующим клазматодендрозом. Миелиновые волокна коры остаются неизменными.

При длительном течении заболевания наиболее выражены вакуолизация и выпадение нейронов, что сопровождается спонгиозным статусом, с широко распространенной во всех отделах грубой вакуолизацией, полным коллапсом коры головного мозга в виде нерегулярно искаженного каркаса глиальной ткани с небольшими вкраплениями сохранившихся нейронов. Вообще, чем дольше длится течение болезни, тем более явными будут микроскопические изменения. В базальных ганглиях и таламусе выраженная гибель нейронов может сочетаться с глиозом и атрофией. В мозжечке наблюдаются резкие дистрофические изменения вплоть до гибели зернистых клеток и клеток Пуркинье. Сохранившиеся клетки Пуркинье гиперхромные, набухшие, с явлениями тигролиза и лизисом ядер. Миелиновые волокна, прилежащие к коре и ядерным группам мозжечка, часто варикозно вздуты, с явлениями фрагментации. Вместе с тем, необходимо подчеркнуть, что демиелинизация волокон при всех формах прионовых болезней не наблюдается.

Одним из морфологических признаков прионовых энцефалопатий является наличие прион-протеиновых (PrP) бляшек, которые обычно видны как округленные эозинофильные структуры. Изучение структуры и топографии PrP бляшек имеет большое как теоретическое, так и практическое значение. Количество, локализация и даже микроскопические признаки бляшек варьируют при различных формах и типах прионовых энцефалопатий. Такие бляшки характерны для болезни Куру. Многие авторы их так и называют Куру-бляшки. Реже они встречаются при спорадической и семейной болезни Крейтцфельда-Якоба, но очень часто (более 70%) - при ее новой форме. В единичных наблюдениях их описывают при семейной фатальной бессоннице.

Очень часто PrP амилоидные бляшки локализуются в клетках зернистого слоя коры мозжечка, но могут также располагаться в молекулярном слое и в белом веществе. Они, как правило, окружены бледно-розовым ореолом. Интенсивность окрашивания бляшек различна. Возможно, поэтому их не всегда удается обнаружить. Для этого используют стандартные иммуногистохимические методы с PrP антителами. В обнаруженных полимерах протеина, после окраски конго-рот, при поляризационной микроскопии выявляется зеленое двойное лучепреломление.

Спинной мозг визуально практически сохранен. Лишь иногда отмечают значительное уменьшение числа мотонейронов. Ни в одном из наблюдений не было выявлено демиелинизации белого вещества спинного мозга. Несмотря на относительно высокую концентрацию прионов, наблюдаемую в периферических нервах, выраженных структурных изменений в них нет.

Клиника всех форм прионовой энцефалопатии может быть представлена разнообразной неврологической симптоматикой, обусловленной вакуолизацией и гибелью нейронов (основной механизм действия прионов на клеточном уровне) практически в любом отделе серого вещества мозга, включая мозжечок. Типичными являются:

- расстройства чувствительной сферы: амнезия различной степени, потеря и извращение чувствительности, выпадение функций органов чувств

- нарушения в двигательной сфере: атаксия, обездвижение, атрофия мышц, в том числе дыхательных, параличи

- нарушения психики: утрата профессиональных навыков, депрессия, сонливость, агрессивность, снижение интеллекта, вплоть до полного слабоумия

При развитии клинических проявлений нет ни признаков воспаления, ни биологических аномалий в крови или в энцефало-арахноидальной жидкости, ни тестов неинвазивных, ни прямых, ни косвенных, позволяющих уверенно поставить диагноз. Электроэнцефалограмма сомнительна. Клинический диагноз подтверждается только при гистологическом изучении центральной нервной системы: спонгиоз с вакуолизацией нейронов, пролиферация астроцитов и глии без признаков воспаления и демиелинизации.

2.3 Губкообразная энцефалопатия КРС

Поздним ноябрьским вечером 1986г. в особняке министра сельского хозяйства, продовольствия и рыболовства Великобритании раздался тревожный телефонный звонок: «Извините, сэр! Говорит руководитель центральной ветеринарной лаборатории. Я обязан сообщить вам, что мы обнаружили на территории Великобритании новое, неизвестное ранее смертельное заболевание коров».

Так началась одна из наиболее трагических страниц в истории инфекционной патологии среди животных. Благодаря средствам массовой информации о неизвестной доселе болезни коров узнала широкая публика.

Речь идет о так называемой «болезни бешеной коровы» (не имеющей, по существу, никакого отношения к бешенству), которая сыграла выдающуюся роль в развитии исследований прионов и вызываемых ими заболеваний человека и животных.

А начиналось все так. Во всех странах мира существуют фабрики и заводы по производству мясокостной муки - продукта, получаемого путем измельчения и особой обработки мясокостных отходов с боен. В начале технологической цепочки расположен огромный (величиной с небольшую комнату) приемник, напоминающий по форме раствор мясорубки, где кости и другие не идущие в пищу человека части туш и скелетов коров и овец подвергаются тщательному размалыванию и измельчению с последующей разнообразной, в том числе жесткой термической обработкой. В конце этой технологической цепочки стоит бумажный мешок, куда сыплется коричневатый порошок - мясокостная мука. Ее используют, например, владельцы собак, добавляя в корм щенкам для улучшения питательных свойств пищи.

Действительно, такая добавка повышает ее белковую ценность и, кроме того, способствует хорошему развитию костной системы собаки. Мясокостную муку использовали также фермеры в качестве пищевой добавки при выращивании молодняка крупного рогатого скота.

В конце 70-х годов в Великобритании предприниматели решили повысить питательную ценность мясокостной муки и вместо жесткой температурной обработки в технологический процесс ввели обработку растворителями. Прошло несколько лет (инкубационный период). Тот роковой телефонный звонок, который раздался в ноябре 1986-го, по сути дела провозгласил начало ужасающей эпизоотии крупного рогатого скота по всей Великобритании.

Эпизоотия развивалась с нарастающей силой. Случаи заболеваний коров были зарегистрированы во всех графствах страны, их число постоянно увеличивалось и в 1992 году достигло пика: каждую неделю регистрировалось по 1000 случаев заболеваний. Правительство Соединенного Королевства предприняло энергичные меры, потребовавшие целого ряда законодательных нововведений, организационных мер и, наконец, колоссальных затрат (лишь к концу 1990г. было израсходовано более 500 миллионов фунтов стерлингов).

Эпизоотию удалось победить, однако за время её развития возникли новые прионные болезни. Сегодня в упомянутый выше список добавились еще три: губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, губкообразная энцефалопатия кошек и губкообразная энцефалопатия экзотических копытных.

Первая из них за 10 лет охватила и привела к гибели почти 200 тысяч голов скота. Заболевание вначале бездомных, а позднее и домашних кошек обусловлено употреблением ими в пищу мяса больных и погибших коров и быков. Весьма поучительной оказалась и история заболевания экзотических копытных. Различные виды антилоп и большой куду содержались в зоопарках и, также как коровы и быки на фермах, получали при выкармливании в качестве пищевой добавки ту самую злополучную мясокостную муку.

В то же самое время в Лондонском зоопарке были зарегистрированы случаи прионных заболеваний у пантер, оцелотов, пум и даже у тигра. Всех их в течение длительного времени кормили расколотыми головами и мясом крупного рогатого скота.

Однако самыми трагическими последствиями той эпизоотии оказались случаи (их было около 30) заболеваний молодых людей болезнью Крейтцфельдта-Якоба. Известно, что подобная прионная болезнь поражает людей в возрасте за 60 лет, поэтому эти 30 случаев сразу же вызвали большую настороженность. Увы! Вскоре было неопровержимо доказано, что штамм прионов, выделяемый из тканей погибших молодых людей, был идентичен штамму, выделяемому именно от заболевших и погибших коров, и отличался от штамма, выделяемого от пожилых людей, погибших от болезни Крейтцфельдта-Якоба.

2.4 Диагностика губкообразной энцефалопатии

Один из «подводных камней» губчатой энцефалопатии состоит в том, что до настоящего времени не разработан метод диагностики этого заболевания на живых животных. Единственный способ постановки окончательного диагноза - патогистологическое исследование мозга мертвого животного.

Рассмотрим существующие виды диагностики губчатой энцефалопатии: клиническую, дифференциальную и лабораторную, а после этого обратимся к официальному документу Министерства сельского хозяйства и продовольствия РФ - «Методическим Указаниям по патогистологической диагностике прионных инфекций животных».

Клиническая диагностика. В клиническом плане симптомы проявляются после длительного инкубационного периода (от 2 до 5 лет). Преобладают явления нервных расстройств, связанные с повышенной чувствительностью и подвижностью (повышенная возбудимость, расстройство координации движений конечностями), что в конечном итоге приводит к смерти. У животного происходят изменения в поведении: оно отказывается заходить в зал для осмотра, лягается, отстает от стада, роет землю, подолгу мычит, нарушается координация движений, особенно при движении назад, часто также отмечается скрежет зубами, иногда животные принимают характерную позу задних конечностей, пятятся назад, поднимают хвост, отмечается гиперметрия: шатающаяся неуверенная спотыкающаяся походка, животное падает и с трудом поднимается. В числе общих изменений следует отметить похудание, снижение продуктивности, проблемы с приемом корма при не снижающемся аппетите. Иногда наблюдаются и другие отклонения в поведении животных: дрожание, движения ушами, зуд и чесание головы задними конечностями. К сожалению, зуд до сих пор хорошо не изучен. Иногда он приводит к выпадению шерсти или похудению. «Рефлекс голодания» отмечается при движении губ и расширении шей, а также отмечается при ощупывании пояснично-крестцового отдела. При усилении (обострении) двигательных и нервных расстройств попытки животного подняться после падения остаются безуспешными и животное остается лежать. Принципиально важно, что те или иные симптомы могут проявляться неожиданно, особенно в стрессовых ситуациях. Длительность болезни варьируется. После проявления первых симптомов до смерти животного проходит от 7 дней до нескольких месяцев, но в основном 6-8 недель.

Дифференциальная диагностика. Этот вопрос более детально будет рассмотрен несколько ниже, при рассмотрении «Методических Указаний по патогистологической диагностике прионных инфекций животных». Сейчас только отмечу, что губчатая энцефалопатия дифференцируется от:

- метаболических болезней (гипокальцемия, гипомагнезимия или пастбищная титания, ацидозный гастрит);

- отравлений химическими веществами (свинец, мышьяк, ртуть, фосфорорганические соединения, карбоматы);

- бактериальных интоксикаций (энтеротоксимия, столбняк, ботулизм);

- вирусных и бактериальных инфекций (бешенство, болезнь Ауески, листериоз, злокачественная катаральная горячка).

Лабораторная диагностика. Макроскопические изменения при губчатой энцефалопатии не являются основанием для подтверждения диагноза, они малоспецифичны и в основном с лежачим положением туловища (струпья, пролежни) и истощением. Таким образом, диагноз может быть подтвержден только лабораторными исследованиями:

- гистологическим исследованием мозга;

- иммуноцитохимическим исследованием с применением антисыворотки PrP;

- электрономикроскопическими исследованиями на скрепи-ассоциированные фибриллы (САФ).

Гистопатологическое исследование обнаруживает вакуолизацию цитоплазмы отдельных нейронов и/или скопление нейронов. Вакуолизация, двусторонняя и симметричная, встречаются в сером веществе церебрального ствола на уровне жировой ткани, в Варолиевом мосту и в среднем мозге. Чтобы судить о симметрии повреждений, голова не должна отделяться, т.е. необходимо применение метода извлечения мозга целиком. Появление вакуолей в скоплении нейронов может быть замаскировано под автолиз, что имеет большое значение для быстроты исследования после эвтаназии. Время проведения исследования - приблизительно 3 недели.

Для иммуноцитохимического исследования берутся те же ткани, что и для гистопатологического исследования, окрашиваемые с помощью антисыворотки PrP.

Диагностическое гистопатологическое исследование дополняется электронной микроскопией. Это быстрый (ответ получают через 96 часов) и достаточно достоверный и специфичный метод.

Теперь, как было упомянуто выше, обратимся к «Методическим Указаниям по патогистологической диагностике прионных инфекций животных» (Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ, Департамент ветеринарии от 06.05.97г. №13-7-2/939).

1. Общие положения

1.1. Прионные инфекции - медленно прогрессирующие болезни (...) крупного рогатого скота (губкообразная энцефалопатия), (...) протекающие с симптомами поражения центральной нервной системы и развитием в головном мозге изменений, характерных для губкообразной энцефалопатии. Возбудитель болезни - инфекционный белок «прион» - специфический сиалогликопротеин, образующий в головном мозге бляшки скрепи-ассоциированных фибрилл, отличается чрезвычайно высокой устойчивостью к действию физических и химических факторов.

1.2. Диагностика указанных инфекций основана на гистологическом исследовании головного мозга животных, имевших при жизни симптомы поражения центральней нервной системы и убитых в терминальной стадии болезни.

1.3. При подозрении на прионные инфекции в ветеринарную лабораторию направляют головной мозг (...) крупного рогатого скота при первичной постановке диагноза - целиком, из неблагополучных по губкообразной энцефалопатии хозяйств - можно только стволовую часть (обязательно ромбовидный и средний мозг) (...).

1.4. Головной мозг (...) крупного рогатого скота (...) сразу же после извлечения из полости черепа непосредственно в хозяйстве или на мясокомбинате фиксируют в 10%-ном солевом растворе формалина, который готовят по следующей прописи: 8,5 г поваренной соли растворяют в 900 мл дистиллированной воды, затем добавляют100 мл формалина, содержащего 40% формальдегида. Объем солевого раствора формалина должен в 10 раз превышать объем фиксируемого головного мозга. Фиксацию головного мозга проводят в течение 14 суток со сменой фиксатора через неделю.

2. Патогистологическое исследование

2.1. Для гистологического исследования вырезают поперечные кусочки толщиной 0,3 - 0,5 см из следующих отделов головного мозга: (...) на губкообразную энцефалопатию крупного рогатого скота - из продолговатого мозга (области задвижки и задних ножек мозжечка), среднего мозга (область ростральных холмов) (...)

2.2. Вырезанные кусочки головного мозга дополнительно фиксируют в течение суток в аналогичном солевом растворе формалина, уплотняют в целлоидине или парафине, после чего готовят гистологические срезы, которые окрашивают гематоксилин-эозином.

2.3. При заболевании животных прионными инфекциями в гистологических препаратах головного мозга обнаруживают следующие патогистологические изменения: (...) губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота - вакуолизацию серого вещества, реже цитоплазмы нервных клеток, гипертрофию и пролиферацию астроцитов (...).

2.4. Диагноз на прионные инфекции при наличии характерных клинико-эпизоотологических данных ставят в случае обнаружения: (...) губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота - вакуолизации серого вещества (в отличие от скрепи имеет основное диагностическое значение) головного мозга или цитоплазмы нейронов (...).

2.5. Прионные инфекции необходимо дифференцировать: (...) губкообразную энцефалопатию крупного рогатого скота - от листериоза, бешенства, болезни Ауески, инфекционного ринотрахеита (нервная форма), злокачественной катаральной горячки, губкообразности белого вещества головного мозга неизвестной этиологии, а также отравлений различными веществами (...)

2.6. Срок исследования - не более 25 суток со дня начала фиксации головного мозга животного.

Приложение к «Методическим указаниям по патогистологической диагностике прионных инфекций животных» от 06 мая 1997 г. №13-7-2/939.

Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота.

Клинико-эпизоотологические данные. Инкубационный период при губкообразной энцефалопатии длительный (не менее 20 месяцев). Симптомы болезни проявляются только у взрослых животных (от 20 месяцев до 11 лет). Клинического проявления болезни у телят не отмечают, но они могут быть инфицированы возбудителем губкообразной энцефалопатии. Для болезни характерны симптомы поражения центральной нервной системы: испуг, стремление к уединению, животное стоит с опущенной головой, часто упираясь ею в стену, спина дугообразно изогнута, при движении, наоборот, позвоночник вогнут; повышенная возбудимость, агрессивность, проявляющаяся боданием, ляганием, иногда клиникой бешенства; неадекватная реакция на прикосновение, шум (испуг, падение, мышечная дрожь, мигание, лягание); беспорядочное движение головой, трутся или бьются ею о стену; атаксия тазовых и грудных конечностей, проявляющаяся неуверенной походкой, падением, особенно при беге и резких поворотах, бегом, похожим на бег рысака, животное после падения поднимается с трудом; тремор, редко миоклонические судороги, могут сокращаться отдельные группы волокон мышцы, мышечная дрожь нижней части шеи, подгрудка, области плеча, реже других частей тела; обвислость или неправильное положение ушей (направлены вперед или назад), может быть поднята верхняя губа, ноздри расширены, чихание, фырканье, частое облизывание носового зеркальца, скрежет зубами. Указанные симптомы могут наблюдаться в разных сочетаниях и с различной степенью выраженности. Повышение температуры тела не отмечают. Болезнь всегда прогрессирует и заканчивается петельно. Длительность клинико-морфологической стадии болезни от одного до пяти месяцев и больше. Могут быть отдельные случаи ремиссии.

Патологоанатомические изменения. На вскрытии видимые изменения отсутствуют.

Патогистологические изменения. Ведущее место среди изменений в головном мозге занимает вакуолизация серого вещества. Вакуолизация цитоплазмы нейронов встречается реже, чем при скрепи овец. Имеют место и другие виды дистрофий нервных клеток, но они самостоятельного значения в диагностике болезни не имеют. Диагноз. Диагноз на губкообразную энцефалопатию крупного рогатого скота ставят на основании результатов гистологического исследования с обязательным учетом клинико-эпизоотологических данных, характерных для этой болезни.

Дифференциальный диагноз. Губкообразную энцефалопатию необходимо дифференцировать от листериоза, бешенства, болезни Ауески, нервной формы инфекционного ринотрахеита, злокачественной катаральной горячки, губкообразности белого вещества неизвестной этиологии, а также отравлений фосфорорганическими, хлорорганическими, ртутьорганическими, карбоматными соединениями, фосфидом цинка, мышьяком, поваренной солью. Дифференциация от листериоза, бешенства, болезни Ауески основана на показателях, описанных при скрепи овец, за исключением более медленного распространения листериоза в стаде. Нервной формой инфекционного ринотрахеита болеют только телята, инкубационный период болезни короткий, течение острое, для гнете-картины характерен острый негнойный менингоэнцефалит. При злокачественной катаральной горячке инкубационный период от нескольких недель до нескольких месяцев, течение болезни чаще острое или подострое, болеет только взрослый скот (4 - 5 лет и старше), больные животные выделяются постепенно. Из гистологических изменений отмечают негнойный менингоэнцефалит с серозно-фибринозными периваскулитами. При губкообразности белого вещества головного мозга вакуоли находят не в сером, а в белом веществе. Этиология болезни не известна.

2.5 Губкообразная энцефалопатия: опасность для человека

В 1995 году от губчатой энцефалопатии начали умирать люди. Эту болезнь назвали новым вариантом болезни Крейцфельда-Якоба. Такое заболевание известно медикам уже давно, но оно встречается очень редко - один случай на миллион жителей. Новый же вариант оказался более губителен - было доказано, что от него за пять лет умерло 86 человек. Ученые решили, что причина заболевание - употребление в пищу мяса больных коров.

Малое число жертв болезни не должно успокаивать: возможен резкий рост заболевания среди людей, потреблявших в пищу мясо «бешеных коров» ещё до введения профилактических мер. В Великобритании полагают, что рост заболеваемости может быть сходен с картиной роста заболеваемости СПИДом.

Поскольку инкубационный период нового варианта болезни Крейцфельда-Якоба более 10 лет, а пик заболеваемости коров приходился на 1992 год, значит, среди людей массовую смерть от этой болезни следует ожидать к 2009 году, а продлиться эпидемия может до 2030 года.

Таковы общие черты развития болезни. Однако частные ее стороны, несмотря на интенсивные исследования, неизвестны до их пор. Вот два наиболее важных вопроса:

- не понятно, почему меняется пространственная структура белка, и откуда берутся патогенные прионы у овец.

- не ясен механизм взаимодействия: ученые не теряют надежду найти посредник, который передает информацию от патогенного приона к нормальному белку.