Патофизиология на коклюша

Научихме, че коклюшът се причинява от заразна бактериална инфекция, която причинява увреждане на горния дихателен тракт. В тази картинка инфекцията ще е тук, в главния въздушен път, водещ до белите дробове, и този въздушен път се нарича трахея. Бактерията, която уврежда въздушния път при инфекция, се нарича Bordetella pertussis и изглежда ето така, ако я погледнем под микроскоп. Тя получава името си Bordetella от човека, който пръв изолирал бактерията, а pertussis е латинската дума за силна кашлица. Тази бактерия е подходящо именувана, понеже главният клиничен симптом на инфекция с коклюш е ужасно силни пристъпи на кашлица и тези пристъпи често се последвани от свистящ звук при вдишване, откъдето заболяването получава второто си име – магарешка кашлица. За да обясним как коклюшът засяга тялото и причинява симптомите, свързани с инфекцията, трябва да разгледаме по-отблизо тази част на белия дроб и да кажем как ще изглежда нормален здравословен имунен отговор към бактериална инфекция. Обикновено, бактерията няма да се допуска да навлиза в тялото от бариера клетки между въздушния път и останалата част на тялото, която ще е зад тези клетки. Има различни видове бариерни клетки, които изпълняват много различни функции, но ще подчертая само две, понеже те имат много важна роля в патофизиологията на коклюша. Едните са тези клетки с дълги косъмчета, които стърчат във въздушния път. Дългите косъмчета са наречени цилии (реснички) и целта им е да изчистят мукуса или всичко чуждо за тялото, което може да вдишаме. Мукусът, който рисувам тук в розово, се отделя от тези съседни клетки и мукусът бива секретиран във въздушния път, за да държи въздушните пътища влажни и да помага в улавянето на чужди материали, улеснявайки премахването им, но без значение каква специална функция може да имат тези бариерни клетки, всички те имат способността да усетят бактерии във въздушните пътища, или като директно се прикрепят към бактериите, или като се прикрепят към нещо, което бактериите секретират, и когато клетките засекат, че има бактерии, те изпращат химични сигнали, почти като SOS сигнал, за да повикат имунни клетки на мястото на инфекция, за да се преборят с нея. Ако това помага, предпочитам да мисля за това все едно клетките подават сигнал, подобно на това как полицай, който види престъпник, ще изпрати сигнал за подкрепление, за помощ да хване престъпника. После в тази белодробна тъкан тук има имунни клетки, наречени макрофаги. Макрофагите често са първите, които засичат инфекция след бариерните клетки, и те засичат бактериите по подобен на бариерните клетки начин и изпращат SOS сигнал, но също правят нещо специално. Поглъщат бактериите. Ще нарисувам някои бактерии тук. Макрофагът се увива около бактериите, докато те не са напълно обградени и не попаднат в тази малка "торбичка" в макрофага. След като са в клетките, няколко други мехурчета, съдържащи химикали и протеини, се присъединяват към бактериалното мехурче и убиват бактериите. Така тялото убива и изчиства инфекция, но това може да е тежка работа, така че имунната система има допълнителни клетки, които могат да помогнат на макрофага. Когато бъде изпратен SOS сигналът, друга клетка, наречена неутрофил, следва сигналите и идва на помощ за поглъщането на бактериите. Неутрофилите обикновено циркулират в кръвта. Ще нарисувам кръвоносен съд тук в белодробната тъкан, и тук има неутрофил, който циркулира през него, но когато бъде изпратен SOS сигнал, кръвоносният съд в засегнатата тъкан става пропусклив. Имам предвид, че кръвоносните съдове сега имат тези малки процепи в тях, през които неутрофилът може да премине и да навлезе в тъканта. Други клетки в тъканта също отговарят на SOS сигнала и това са дендритни клетки. Дендритните клетки отговарят, като поглъщат част от бактериите или протеините, които секретират. Напускат тъканта и се придвижват през кръвоносните съдове в лимфните възли, което ще нарисувам тук в зелено. Лимфните възли са малки овални органи, които се намират из цялото тяло, и целта на лимфния възел е да позволи на дендритната клетка с пробата от чуждия материал да взаимодейства с други имунни клетки, които са важни за производството на антитела срещу този чужд материал. Антителата са като маркери, които текат през кръвта през пролуките в кръвоносните съдове, за които току-що говорихме, и към мястото на инфекция. После те много специфично се прикрепят към нашественическия материал и го маркират за унищожаване, като викат при себе си поглъщащите клетки. Антителата са толкова важни, понеже правят процеса на намиране и поглъщане на материал по-ефикасен. Коклюшните бактерии отделят много протеини, което им позволява ефикасно да инфектират тялото, а после да избегнат засичането и убиването, като прекъсват нормалния имунен отговор колкото е възможно повече. Първо, бактериите избягват премахването им от въздушните пътища от ресничестите клетки, като се прикрепят към тях. Това показвам тук с този жълт протеин на повърхността на бактерията, прикрепящ се към ресничестата клетка. Това е важна стъпка, понеже без ефикасно да се прикрепи към въздушните пътища, коклюшът ще бъде изхвърлен от белите дробове, а тогава няма да има шанс изобщо да инфектира тялото. Всъщност тази стъпка е толкова важна, че два различни протеина на повърхността на бактериите се използват, за да ги прикрепят към ресничестите клетки, а тези протеини се наричат пертактин и филаментозен хемаглутинин. След като се прикрепят, те могат да започнат да се размножават и да освобождават протеини, които са наречени токсини. Токсинът е отровен за клетката, която инфектира, и може да причини клетъчна дисфункция и смърт. Тук трахейният цитотоксин убива ресничестите клетки и когато няколко ресничести клетки загинат, мукусът във въздушните пътища започва да се натрупва, понеже ресничките ги няма да го почистят от въздушния път. Докато мукусът се натрупва, той задейства кашличен рефлекс, което води до силните пристъпи на кашлица, с които е познат коклюшът. Защо коклюшът убива самите клетки, към които трябва да остане прикрепен във въздушните пътища, определено е объркващо, но това е начин за коклюша да навлезе в подлежащата тъкан и също начин директно да отдели допълнителни токсини в тялото. Да, коклюшът ще освободи още повече токсини и те са коклюшен токсин, който ще съкратя на КТ (РТ), и аденилатциклазен токсин, който ще съкратя като АЦТ (АСТ). Тези токсини причиняват значителна дисфункция на имунната система и имат начин да попречат на нормалния имунен отговор при почти всяка стъпка от процеса. Макар че имат подобни ефекти върху имунната система, те работят на различни разстояния. АЦТ има ефект предимно върху клетките в тъканта, непосредствено до коклюшните бактерии, но КТ може да се придвижи по-надалеч от бактериите и пак да е активен. Когато КТ или АЦТ достигнат клетка, те навлизат в нея и нарушават нормалните функции на клетката. При бариерните клетки и макрофагите КТ и АЦТ не позволяват да изпратят SOS сигнал, за да уведомят останалите, че има инфекция. Ако няма SOS сигнал, вероятно се досещаш, че неутрофилите няма да могат да последват сигнала, да излязат от кръвта и да навлязат в тъканта, в която имаме инфекция. Дендритните клетки няма да могат да се насочат към лимфните възли. Това е особено лошо, тъй като, както си спомняш, това е началната стъпка, която ще доведе до производството на антитела и антителата са ключови за премахването на инфекцията бързо и ефикасно, но дори ако макрофагите и неутрофилите успеят да погълнат част от инфекциозния материал, токсините предотвратяват сливането на бактериалното мехурче с химичните и протеиновите мехурчета вътре в клетката. Бактериите всъщност никога не биват убити, но това не е всичко, което токсините правят. Помниш ли, когато говорех за неутрофилите и антителата, излизащи от кръвта в белодробната тъкан през тези процепи в кръвоносните съдове? Отворите са важни, за да се осъществи пълен имунен отговор, но наличието на твърде много отвори също е проблем. Това е нещо, което се случва с КТ и АЦТ. Това е проблем, тъй като течност от кръвоносните съдове протича от тези дупки в тъканта и започва да запълва тъканта. Тъканта се подува. Представи си го като гъба, която се издува, когато поеме вода. Подуването на тъканта може да затрудни дишането, понеже тъканта притиска въздушните пътища и ги прави твърде тесни, а това стесняване причинява съпротивление, когато опитаме да вдишаме след пристъп на кашлица и допринася за класическия звук, подобен на рев на магаре, с който е познато заболяването. Тъй като КТ може да действа на далечни разстояния от бактериите, той има интересни ефекти върху всички системи на тялото, особено върху лимфоцитите. Лимфоцитите са имунните клетки, които бяха отговорни за производството на антитела. КТ действа като растежен фактор. Тоест, когато бъде усетен от лимфоцитите, той ги кара да се делят бързо и да се размножават до необичайно високи нива. Това е познато като лимфоцитоза и е най-забележимо клинично при бебета с коклюш, при които високите нива могат да се покачат до почти три пъти нормалните нива на лимфоцитите, срещащи се в кръвта. Причината това да се случва не е напълно ясна, но увеличаването в нивата отразява степента и тежестта на инфекцията. Протеините и токсините, които споменах, не са единствените, които коклюшните бактерии произвеждат, но реших да се фокусирам конкретно върху тях, понеже те често се изпозват като важни компоненти на ваксината срещу коклюш.