Рис. 1.45. Смерть в аэрозоле. На фотографии показана чумная палочка в частичке аэрозоля. Предметное стекло было предварительно окрашено основным фуксином, после чего сотрудники Форт-Детрика дали возможность частицам аэрозоля чумы осесть на стекло и исследовали их с помощью фазово-контрастного микроскопа. Длина Y. pestis 1–3 мкм. По R. J. Goodlow и F. A. Leonard (1961)
Для более масштабных экспериментов было принято допущение, что если при распылении образуются «сопутствующие» мелкие частицы в количестве, достаточном для того, чтобы вызвать легочную инфекцию у экспериментального животного, то количество крупных частиц, задержавшихся в дыхательных путях, не будет иметь существенного значения.
Влияние дисперсности бактериального аэрозоля на развитие биологического поражения.
Прежде всего, военными исследователями было установлено, что с уменьшением размера частиц аэрозоля уменьшается инфицирующая доза возбудителя болезни и меняется патоморфология инфекционного процесса.
Сотрудники Форт-Детрика Н. A. Druett et al. (1956) продолжили исследования инфицирующей способности мелкодисперсных бактериальных аэрозолей. Они установили, что доза возбудителя чумы, требуемая для 50 %-ной летальности инфицированных животных, повышается в 2,5 раза, если размер частиц увеличивается с 1 до 12 мкм (Druett Н. A. et al., 1956а); а доза Brucella suis (один из возбудителей бруцеллеза) увеличивается в 600 раз (Druett Н. A. et al., 1956b).
Кроме того эти же ученые установили, что болезнь, возникшая при вдыхании аэрозоля спор сибирской язвы с размером частиц приблизительно в 1 мкм (размер споры), является системной с включением в патологический процесс лимфоузлов средостения. Вдыхание же 12-мкм частиц дает локализованную инфекцию с выраженным отеком лица и головы. Вдыхание частиц с Y. pestis, приближающихся по своему размеру к бактерии, ведет к первичной легочной чуме, а 12-мкм частицы дают септицемию с геморрагическим инфарктом в легких. По данным сотрудников Форт-Детрика R. J. Goodlow и F. A. Leonard (1961), инфицирование аэрозолем возбудителя туляремии с размерами частиц 1 и 8 мкм вызывало у обезьян поражения, локализовавшиеся в концевых бронхиолах. Однако в серии экспериментов, выполненных с гомогенным аэрозолем F. tularensis, состоящим из частиц диаметром 18 мкм, подопытные обезьяны погибли без признаков поражения легких. Патологические изменения свидетельствовали о распространении поражений, характерных для таких случаев, когда воротами инфекции является носоглотка, откуда инфекция распространяется в регионарные лимфатические узлы, далее следует сепсис, метастазирование инфекции и гибель экспериментального животного.
В классическом эксперименте, проведенном в начале 1960-х гг. в Форт-Детрике, данные, полученные на обезьянах и морских свинках, сравнивались с данными в экспериментах на людях. Добровольцами были члены церкви «Адвентисты Седьмого Дня». Шла «холодная война», СССР и Красный Китай были врагами США, а молодые люди из этой церкви не желали носить оружие. Вместо службы в армии им сделали предложение — поучаствовать в экспериментах по экспонированию к аэрозолям микроорганизмов. Первые испытания на людях проводились с аэрозолем Coxiella burnettii, возбудителем Ку-лихорадки (см. разд. 3.7). Затем стали использовать F. tularensis (см. разд. 3.3), а позднее — стафилококковый энтеротоксин В (см разд. 3.13).
Эти исследования были очень важны, поскольку вместе с добровольцами к аэрозолям, содержащим микроорганизмы, потенциальные агенты БО, экспонировались также обезьяны макаки-резусы и морские свинки. Таким образом, военными исследователями устанавливалось соотношение между человеческими и животными моделями, которые могли затем применяться к другим болезням, при испытании которых нельзя было использовать людей по этическим соображениям.
В табл. 1.4 в первой колонке приведены размеры аэрозольных частиц; во второй — количества клеток возбудителя туляремии, требуемых для гибели 50 % морских свинок, ингаляционная LD50, и в третьей колонке — то же для обезьян. В четвертой колонке даны количества туляремийных клеток, необходимые для инфицирования, но не гибели, человека (ID50).
Таблица 1.4. Влияние диаметра частиц на инфекционность аэрозоля возбудителя туляремии
[26]
Диаметр аэрозольной частицы (мкм) | Морская свинка, LD50 | Обезьяна, LD50 | Человек ID50
1 | 2,5 | 14 | 10–52 |
6,5 | 4700 | 178 | 14-162 |
11,5 | 23000 | 672 | — |
18 | 125000 | 3447 | — |
22 | 230000 | >8500 | -
При аэрозоле, состоящем из 1 — мкм частиц, требуется всего 2,5 клетки, чтобы убить морскую свинку, 14 — обезьяну и от 10 до 52 клеток, чтобы заразить человека. Если аэрозоль состоит из 6,5-мкм частиц, для инфицирования респираторным путем требуется уже больше клеток, а в случае размера частиц от 18 до 22 мкм количество клеток возбудителя туляремии становится слишком большим, чтобы инфицировать человека. Таким образом, этот эксперимент показал, что аэрозоль биологического поражающего агента обязательно должен быть не только мелкодисперсным, но еще и находиться в очень узком диапазоне дисперсности (Patric W. III., 2001).
Такие эксперименты проводились в начале 1960-х гг. очень интенсивно. К аэрозолям микроорганизмов, агентов БО, экспонировались люди и животные, полученные результаты сопоставлялись. Они позволили военным подсчитать инфекционные дозы агентов БО для человека и, следовательно, определить количество конкретных образцов БО, необходимых для применения по конкретным целям. Но оставалась неуверенность в поражающем действии биологических аэрозолей, связанная с незнанием особенностей патогенеза при попадании патогенного микроба в организм несвойственным ему путем. Например, течение желтой лихорадки можно предсказать довольно успешно в том случае, когда заболевание связано с укусом инфицированного комара, но желтая лихорадка, обусловленная вдыханием возбудителя, может представлять собой совершенно иную болезнь.
Влияние дисперсности аэрозоля биологического токсина на развитие биологического поражения. В природе не происходит контакта человека с аэрозолями очищенных биологических токсинов. В конце 1950-х гг. военные США имели смутные представления о механизмах ингаляционного поражения такими токсинами. И это при том, что в годы Второй мировой войны в США было изготовлено только рицина 1,7 т.
После опытов W. F. Wells et al. (1948), показавших решающее значение для развития инфекции не количества вдыхаемых жизнеспособных бактерий, а величины частиц аэрозоля, прошло почти 10 лет, пока А. Корвин (А. Н. Corwin), сотрудник Университета Дж. Гопкинса (Johns Hopkins University), в опытах с тонкодисперсными порошками рицина показал такую же зависимость между размерами частиц распыленного токсина и тяжестью поражения экспериментального животного. Он обнаружил, что аэрозоль, содержащий частицы токсина с размером, не превышающим 2.1 мкм, в 2,75 раз более токсичен, чем аэрозоль, содержащий частицы токсина с размером 4,2 мкм. Уменьшение размеров частиц аэрозоля, по его мнению, представляет собой самый надежный путь к повышению его поражающей способности (цит. по Lamanna G., 1961). В те же годы был обнаружен еше ряд эффектов, значительно повысивших интерес разработчиков БО к ингаляционному применению биологических токсинов.
