[146]
Иммунитет лягушек против бациллы сибирской язвы был рано продемонстрирован и изучен в знаменитом мемуаре Роберта Коха [185] о сибирской язве. Этот исследователь после введения эмульсии селезенки сибирской язвы в лимфатический мешок лягушки извлек бациллы изнутри круглых клеток, которые легко лопались при переносе в воду. Кох, принимая общепринятую тогда точку зрения, полагал, что бациллы находят благоприятную питательную среду в содержимом определенных клеток, но что, несмотря на это, лягушка способна проявлять реальный иммунитет против сибирской язвы. Жибье [186] сделал интересное открытие, что лягушки при воздействии высокой температуры (около 37° C) теряют свой естественный иммунитет и легко заражаются смертельной сибирской язвой.
С тех пор механизм, посредством которого организм лягушки обеспечивает иммунитет против бациллы сибирской язвы, неоднократно изучался. В мемуаре, появившемся в 1884 году [187], я настаивал на том, что главная роль в этом иммунитете принадлежит фагоцитам, которые пожирают введенные бактерии и подвергают их внутриклеточному пищеварению. Круглые клетки, описанные Кохом, — это не что иное, как лейкоциты лимфатического мешка, захватившие бациллы сибирской язвы. Эти бациллы вместо того, чтобы процветать в содержимом клеток, находят там очень неблагоприятную среду и погибают по прошествии более или менее длительного периода. Когда деятельность фагоцитов затрудняется неблагоприятными влияниями, например, высокой температурой, они проявляют очень слабую реакцию, неспособную обеспечить лягушке тот иммунитет, которым она обладает в нормальных условиях. Выводы, которые я только что суммировал, вызвали очень живое противодействие со стороны большого числа наблюдателей. Баумгартен [188] со своими учениками Петрушки [189] и Фаренгольцем [190] пытались доказать, что фагоцитоз не играет никакой роли в иммунитете и что лягушки сопротивляются сибирской язве просто потому, что бациллы неспособны поддерживать свою жизнь в жидкостях этого земноводного. Наттолл [191] из школы Флюгге также утверждал, что лягушки сопротивляются сибирской язве благодаря бактерицидной силе своих жидкостей. Эта точка зрения защищалась рядом других наблюдателей и некоторое время казалась вполне доминирующей.
[147]
Тем не менее можно продемонстрировать, что плазмы лягушки не только не враждебны жизни бациллы, но и служат для нее хорошей питательной средой [192]. Все, что необходимо для демонстрации этого факта, — это ввести под кожу лягушек споры сибирской язвы, заключенные в мешочек из сердцевины тростника или просто завернутые в кусочек фильтровальной бумаги. Плазма лимфатического мешка сразу пропитывает споры и позволяет им прорасти и произвести целое поколение бацилл. Но как только лейкоциты проходят сквозь бумагу, они захватывают молодые бациллы, переваривают их в своем веществе и предотвращают их патогенное действие. Прорастание спор может происходить даже там, где они были введены под кожу лягушки, не будучи никак защищенными. Но в этих условиях прорастает лишь определенное число спор, большинство из которых не успевает сделать это до прибытия лейкоцитов. Мелкие, очень короткие бациллы, которые происходят из проросших спор, вместе со спорами, которые не проросли, вскоре поглощаются фагоцитами. Но в то время как палочки в конечном итоге перевариваются внутри этих клеток, поглощенные споры остаются нетронутыми в течение очень долгого времени: они не прорастают, но и не уничтожаются и сохраняют свою жизнеспособность бесконечно долго, несмотря на влияние фагоцитов. Достаточно извлечь из лягушки, которая была инокулирована спорами сибирской язвы некоторое время назад и содержалась при умеренной температуре (15°–25° C), немного лимфы и засеять ее в любую питательную среду (из тех, что используются при культивировании бактерий), чтобы увидеть, как споры прорастают и производят целое поколение абсолютно нормальных нитевидных бацилл. Все эти явления были тщательно изучены Трапезниковым [193] в работе, выполненной в моей лаборатории. Из его экспериментов очевидно, что фагоциты лягушки вполне способны защитить организм против бациллы сибирской язвы путем поглощения и переваривания бацилл в вегетативном состоянии и путем предотвращения прорастания поглощенных спор. Это фагоцитарное действие очень важно в присутствии того факта, что плазмы лягушки позволяют спорам прорастать, а бациллам — развиваться и производить обильные культуры.
[148]
Иммунитет лягушек против бациллы сибирской язвы, который мы только что описали и который гарантируется активностью фагоцитов, постоянен при вышеупомянутых температурных условиях (15°–25° C), условиях, которые, однако, достаточны, чтобы обеспечить смерть восприимчивых холоднокровных животных, таких как сверчок или морской конек, от сибирской язвы. Съедобная лягушка, вид, который легко приспосабливается к температуре 35° C, сопротивляется даже в этих условиях инфекции бациллой, как указал Мениль в уже цитировавшейся работе при рассмотрении иммунитета рыб. Зеленая лягушка (Rana esculenta) при длительном содержании при этой высокой температуре, столь подходящей для развития бациллы сибирской язвы, реагирует тем же фагоцитарным механизмом. Лейкоциты лимфы и крови, клетки пульпы селезенки и звездчатые клетки Купфера печени захватывают введенные бациллы и переваривают их, как и в любом другом случае фагоцитоза. Бурая лягушка (Rana temporaria) адаптируется лишь незначительно и с большим трудом к высокой температуре и погибает, была ли она инокулирована сибирской язвой или нет. В этих условиях бактерии развиваются в теле мертвых или умирающих лягушек, но Мениль настаивает на том факте, что истинная инфекция сибирской язвой не производится, как утверждал Жибье по результатам своих исследований.
[149]
Диедонне [194], однако, нашел метод снятия естественного иммунитета лягушки против бациллы сибирской язвы путем инокуляции ее искусственной бактериальной расой, которую он адаптировал к развитию довольно пышно при низкой температуре 12° C. В этих условиях все инокулированные лягушки, даже те, которые сопротивлялись инокуляции обычными бактериями (выращенными при 37,5° C), погибли в течение периода от 48 до 56 часов, содержа в крови и органах много бацилл. Диедонне не изучал существенный механизм, который сопровождает эту потерю иммунитета; но весьма вероятно, что, во-первых, мы имеем здесь дело с усилением, специфичным для лягушки, бациллы, которая привыкла развиваться при низкой температуре. Эта бацилла должна размножаться в лягушках, которые содержались при низкой температуре, гораздо быстрее и обильнее, чем обычная бацилла. С другой стороны, восприимчивость лягушек Диедонне должна зависеть от меньшей сопротивляемости организма в условиях его экспериментов. К сожалению, мы не можем найти в его мемуаре достаточных данных по этим пунктам; он даже не указывает температуру, при которой жили лягушки, инокулированные бактериями, адаптированными к холоду. Диедонне ссылается на аналогию своих результатов с теми, что были получены в случае иммунитета и восприимчивости лягушек в отношении септицемической бациллы.
Эта бацилла (Bacillus ranicida) стала предметом интересного исследования Эрнста [195]. Это мелкая, очень тонкая бацилла, которая у лягушек вызывает смертельную болезнь, эпидемическую весной, но полностью прекращающуюся летом. Взяв этот факт за основу, Эрнст преуспел в придании иммунитета лягушкам осенью, поместив их в инкубатор при 25° C. Несмотря на введение значительной дозы мелкой бациллы, лягушки, живущие при этой температуре, оставались в добром здравии, тогда как контрольные животные, подвергнутые воздействию низкой температуры, умирали от септицемии. Контрольный тест был сделан летом. Инокулированные лягушки, которые содержались в лаборатории, оставались незатронутыми, тогда как те, которые содержались в холодильном аппарате при 6°–10° C, неизменно погибали. Можно спросить: это очевидное влияние температуры на иммунитет и восприимчивость оказывается на организм лягушки или на патогенную бациллу? В случае, когда бацилла может развиваться только при низких температурах, ее безвредность при более высокой температуре может быть легко понята. Эксперименты Эрнста, однако, продемонстрировали, что эта мелкая бацилла развивается гораздо лучше при 22° C и даже при 30° C, чем при более низких температурах. Следовательно, необходимо сделать вывод, что высокая температура, которая придает иммунитет, действует не путем ослабления бациллы, а скорее путем усиления сопротивляемости организма. Низкие температуры (6°–10° C), которые благоприятствуют смертельной инфекции, имеют иное действие; то есть они ослабляют реакцию инокулированных лягушек.
[150]
Хотя Эрнст не изучал механизм этой резистентности полностью, из данных, которые он предоставил, очевидно, что она состоит в фагоцитарной реакции. Он смог продемонстрировать поглощение бацилл фагоцитами у восприимчивых охлажденных лягушек, так же как и у рефрактерных лягушек, содержавшихся при более высокой температуре; но в первом случае фагоцитоз был настолько слабым, что через 24 часа после инокуляции значительное число свободных бацилл все еще обнаруживалось в лимфе спинного мешка, тогда как у рефрактерных лягушек гораздо более активный фагоцитоз приводил к исчезновению свободных бацилл в течение первого дня. Если, как весьма вероятно, аналогия этой септицемии с сибирской язвой у лягушек, на которой настаивает Эрнст, действительно существует, необходимо сделать вывод, что восприимчивость этих земноводных к модифицированной расе бациллы зависит от их слабой фагоцитарной резистентности.
Поскольку в этих двух примерах естественного иммунитета у лягушки мы видели, что фагоцитарная активность проявляется в активной форме против бактерий, которые легко развиваются в жидкостях того же животного, мы могли бы сделать вывод, что реакция фагоцитов составляет общий способ защиты у холоднокровных животных. Но Любарш [196], очень осторожный наблюдатель, выразил противоположную точку зрения, основанную на своих исследованиях бациллы мышиной септицемии. Он убедился, что лягушки будут сопротивляться инъекциям даже значительных количеств этой бациллы без какого-либо участия со стороны фагоцитов. Поскольку мы здесь имеем дело с фактом, Мениль (l.c.) взялся проверить эти наблюдения с целью установления, был ли это случай реального исключения или простого недоразумения. Он смог продемонстрировать с помощью неопровержимых наблюдений и экспериментов, что бациллы мышиной септицемии при инокуляции лягушкам вызывают очень выраженный положительный хемотаксис со стороны фагоцитов, которые захватывали и переваривали бациллы точно так же, как они делают это с бациллой сибирской язвы. Это кажущееся исключение, таким образом, превращается в дополнительный аргумент в пользу того, что фагоцитарная реакция является общим фактором иммунитета. В поддержку этой гипотезы я могу привести еще один пример, уже упомянутый в предыдущей главе при обсуждении другого вопроса. Лягушка очень рефрактерна против холерного вибриона. Когда эти вибрионы инокулируются в спинной лимфатический мешок или в любую другую часть тела, животное сохраняет свое здоровье неповрежденным. Исследование экссудата в месте инокуляции демонстрирует, что вибрионы встречают энергичное противодействие со стороны фагоцитов, которые поглощают и полностью переваривают их. Это представляет особый интерес ввиду того факта, что лягушка очень чувствительна к токсину холерного вибриона. При введении в слабой дозе он убивает лягушку очень быстро. Две маленькие лягушки погибли менее чем через час от действия 0,5 куб. см холерного токсина.
[151]
Естественный иммунитет лягушки против холерного вибриона дает, таким образом, пример, в котором организм, уничтожая вибрион путем фагоцитоза, предотвращает выработку яда, который в противном случае неизбежно убил бы его.
Продемонстрировав, что фагоцитарная реакция проявляется у лягушки во всех случаях естественного иммунитета, которые были достаточно изучены, мы должны на мгновение остановиться на вопросе о состоянии бактерий в момент их поглощения фагоцитами. Совершенно очевидно, что эта фагоцитарная защита эффективна только при условии, что она осуществляется против бактерий, которые в ее отсутствие могли бы повредить организму своим размножением и своей вирулентностью. По этой причине широко обсуждался вопрос о том, были ли микроорганизмы перед поглощением живыми и способными производить свое патогенное действие. Было даже высказано предположение, что фагоциты способны поглощать только мертвые тела микроорганизмов, убитых другими агентами. Лягушки очень подходят для изучения этого вопроса. Когда капля экссудата удаляется через некоторое время после инокуляции подвижным организмом, таким как Bacillus pyocyaneus или холерный вибрион, организм часто обнаруживался быстро движущимся внутри вакуолей внутри лейкоцитов. Эксперимент удастся еще полнее, если каплю лимфы лягушки смешать на предметном стекле со следами культуры этих подвижных микроорганизмов, последние вскоре обнаруживаются в прозрачных вакуолях, включенных в лейкоциты, и совершают чрезвычайно быстрые движения.
Помимо этого прямого доказательства, мы можем убедиться в живом состоянии микроорганизмов другим способом. Извлеките каплю экссудата на продвинутой стадии процесса, когда уже нет никаких свободных микроорганизмов; внутри фагоцитов все еще можно увидеть несколько разбросанных бактерий, более или менее хорошо сохранившихся. Достаточно подержать висячую каплю такого экссудата при температуре около 30° C, заботясь о том, чтобы она не высохла, но не добавляя к ней никакой питательной среды. В этих условиях лейкоциты погибают более или менее быстро, но бактерии обретают силу: они начинают размножаться и по прошествии короткого времени производят поколение бактерий внутри мертвого лейкоцита. Размножение бактерий идет прогрессивно, и висячая капля превращается в настоящую чистую культуру. Мениль смог подтвердить эти данные с экссудатами лягушек, которые были инокулированы либо бациллами сибирской язвы, либо бациллами мышиной септицемии.
[152]
Бактерии, поглощенные в живом состоянии фагоцитами, сохраняют свою первоначальную вирулентность. Некоторые авторы думают, и я раньше был этого мнения, что по прошествии более или менее длительного пребывания внутри лейкоцитов бациллы сибирской язвы претерпевают ослабление своей вирулентности. Позже, однако, многочисленные исследования продемонстрировали, что это мнение неверно и что вирулентность сохраняется у бактерий, включенных в фагоциты лягушек, все то время, пока эти бактерии остаются живыми. Диедонне настаивал на этом факте в отношении бациллы сибирской язвы. Мениль подтвердил это для того же вида и для бациллы мышиной септицемии. Невозможно, следовательно, сомневаться в этом общем результате, что лягушки, которые рефрактерны против определенных бактерий, сопротивляются из-за фагоцитоза, который осуществляется против живых и вирулентных микроорганизмов.
Мы достаточно настаивали на анализе естественного иммунитета лягушки и не должны задерживаться на фактах, относящихся к другим земноводным, которые, к тому же, изучались гораздо меньше. Рептилии, эти высшие представители позвоночных, называемые холоднокровными, часто представляют примеры действительно замечательного иммунитета. Так, аллигаторы сопротивляются огромным дозам различных бактерий, таких как бацилла сибирской язвы, бацилла туберкулеза человека или коккобацилла брюшного тифа. Когда через некоторое время после инъекции экссудат в месте инокуляции извлекается, обнаруживается большое количество лейкоцитов, среди которых можно распознать много эозинофильных микрофагов, хотя большинство составляют макрофаги с одним, двумя или более ядрами. В экссудате обнаруживаются действительно гигантские клетки. Именно макрофаги особенно проявляют фагоцитоз, и их часто находят набитыми введенными бактериями, в чем я смог убедиться после инъекций коккобацилл брюшного тифа. Естественный иммунитет аллигаторов (Alligator mississipiensis) сохраняется не только при температуре инкубатора (37° C), но и при комнатной температуре (20°–22° C).
[153]
Рассматривая животный мир, мы должны на мгновение остановиться, чтобы рассмотреть естественный иммунитет птиц или низших теплокровных позвоночных. Классическим примером этого иммунитета является иммунитет домашней птицы против сибирской язвы. Давно известно, что птицы сопротивляются инокуляции сибирской язвой или проявляют лишь слабую восприимчивость; хотя более мелкие птицы по большей части восприимчивы к сибирской язве, голубь гораздо менее восприимчив, а домашняя птица представляет случай наиболее выраженного иммунитета. Считалось, что она абсолютно рефрактерна, до экспериментов Пастера и Жубера [197], которые нашли верный метод подавления этого иммунитета. Птиц, которые были инокулированы бациллой, погружали по бедра в холодную воду, чтобы снизить их температуру. Было обнаружено, что в этих условиях бацилла сибирской язвы развивалась в месте инокуляции, а позже генерализовалась в крови и неизменно вызывала смерть. Из этого был сделан вывод, что естественный иммунитет домашней птицы зависел от ее очень высокой нормальной температуры (41°–42°), которая препятствовала патогенным функциям бациллы сибирской язвы.
Гесс [198] изучил механизм этого иммунитета домашней птицы и указал на важную роль, которую фагоцитоз играет в уничтожении инокулированных бактерий.
Эти исследования были возобновлены в моей лаборатории Вагнером [199]. Установив, что бацилла сибирской язвы легко развивается в крови и сыворотке крови птиц вне организма при высоких температурах (42°–43° C), он пришел к выводу, что снижение температуры тела птиц путем погружения их в воду вызывало не усиление бациллы, а ослабление сопротивляемости животного. Он смог убедиться, что эта сопротивляемость проявляется в активности фагоцитов, которые поглощают и уничтожают бациллу сибирской язвы в ее вегетативном состоянии. У нормальной птицы фагоцитоз быстрый и очень выраженный, тогда как у птицы, которая была охлаждена, эта реакция очень слабая или отсутствует. Чтобы подтвердить этот общий вывод, Вагнер вместо снижения температуры с помощью холодной воды использовал антипирин и хлорал. Применение этого лечения также вызывало ослабление естественной защиты организма и подавляло иммунитет птицы против сибирской язвы.