Обнаружение ВИЧ-инфекции, так же как, впрочем, и любой другой вирусной инфекции, осуществляется с помощью специальных тестов на наличие одного или нескольких из четырех возможных компонентов вируса или белков крови: вирусной ДНК или РНК, вирусных белков (антигенов) или специфических антител к вирусным белкам, образующимся в организме. Все существующие тесты можно разделить на две группы: непрямые (определяющие наличие в организме человека не самого вируса, а антител к нему) и прямые (определяющие наличие в организме белков или нуклеиновых кислот, составляющих неотъемлемую часть вируса).
Мы не будем здесь пытаться глубоко проникнуть в обширнейшую область молекулярной генетики и иммунологии, а затронем лишь те моменты, которые касаются обнаружения биополимеров ВИЧ. B большинстве случаев для диагностирования инфекционного заболевания у пациента сначала берут кровь, а затем из нее выделяют сыворотку (жидкость крови без клеток), которую и используют для анализа. По этой причине последующие лабораторные реакции на наличие вирусной инфекции получили название серологических (от латинского слова serum - сыворотка). Серологические исследования ценны тем, что они помогают установлению диагноза в случае скрытого или хронического течения инфекции, когда клиническая картина смазана, расплывчата. Вот тут-то на помощь и приходят специфические антитела, антигены и гены, которые в таких случаях служат в качестве основной "улики", позволяющей установить истинное лицо проникшего в организм микроорганизма-возбудителя.
Немного истории
И. П. Павлов писал: "Медицинская деятельность - ровесница первого человека". Изначала было ясно, что нельзя лечить неизвестную болезнь. Поэтому еще в глубокой древности лекари уделяли большое внимание диагностике заболеваний. Особо отличались в этом отношении медицинские школы в Вавилоне и Ассирии. Длившийся много веков начальный период становления медицины целиком зависел от органов чувств лекаря. На их основе главным образом и ставился диагноз.
Из наблюдений и опыта тысячелетий, передававшихся из поколения в поколения людей, постепенно рождалось рациональное врачевание. Тот факт, что какие-либо случайно примененные средства или приемы приносили пользу страждущему, устраняя боль, останавливая кровотечение, облегчая состояние путем вызывания рвоты и т. п., позволял в дальнейшем прибегать к их помощи, если возникали похожие обстоятельства. Главным тогда при определении заболевания было наблюдать за патологическими проявлениями и сравнивать их с физиологическими, соотнося при этом определенное патологическое состояние пациента с ранее известными сходными патологическими состояниями. Так, уже 4 тыс. лет назад при определении болезней китайские медики придавали огромное значение исследованию пульса, различая более 500 его видов при разных патологиях. Около I тыс. до н. э. в зените расцвета медицина находилась в Древней Индии. Существовавшие тогда медицинские знания нашли свое отражение в почитаемом до сих пор на Востоке "Астрологическом календаре животных", имеющем огромное значение при диагностике заболеваний и определении индивидуальных особенностей пациентов. Главным принципом индо-тибетской медицины стало положение о единстве и целостности человеческого организма.
Продолжая традиции вавилонских, египетских и индийских врачей, основоположник современной медицины Гиппократ в V в. до н. э. развил учение о признаках болезней и диагностике. Он положил начало искусству тщательного клинического наблюдения как обязательного основания для постановки диагноза болезни. Гиппократ причислял себя к потомкам греческого бога врачевания Асклепия (в римской мифологии - Эскулап). (В античном искусстве неотъемлемым атрибутом Асклепия была змея, олицетворяющая собой мудрость, обновление и могущество сил природы. Изображение посоха, обвитого змеей, и чаши со змеей стали впоследствии основными эмблемами медицины.) Гиппократ первым поставил медицину на научные основы, выведя ее из темного мира эмпиризма.
Появление инструментальных и лабораторных методов диагностики ознаменовало наступление нового этапа в развитии медицины. Считается, что химический, а также физический анализы в практику медицины ввел знаменитый Парацельс. Дополнительная информация, недоступная ранее простому восприятию через обычные органы чувств, существенно изменила возможности точной диагностики заболеваний. Одними из наиболее значительных событий этого периода можно считать создание микроскопа и открытие рентгеновских лучей в конце XIX в.
В плане развития диагностики микробных заболеваний показательна история появления теста на туберкулез. В конце XIX в. малоизвестный тогда немецкий врач Роберт Кох много лет наблюдал за больными чахоткой. Для того чтобы обнаружить наличие у больных возбудителя заболевания, он перепробовал большое число разных красителей. И в конечном итоге чисто эмпирически подобрал и краситель, и температуру, при которой он работает. Так был создан знаменитый препарат № 271, который совершил переворот в медицине: на коричневом фоне тканей стали легко различаться "прекрасно голубые" микроорганизмы - микобактерии туберкулеза, которые современники позднее назвали "палочкой Коха", а сам Р. Кох в 1905 г. получил за это открытие Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Кох также сформулировал действующие до сих пор критерии для определения взаимосвязи между конкретным микроорганизмом и инфекционным заболеванием, получившими название "постулаты Коха" или "триада Коха": 1) микроорганизм должен обнаруживаться во всех случаях данной болезни, но не должен встречаться у здоровых людей или при других болезнях; 2) микроорганизм должен быть выделен из организма больного человека в чистой культуре; 3) введение чистой культуры микроорганизма в чувствительный организм должно вызвать данную болезнь.
Существенный прогресс в диагностике инфекционных заболеваний, вызываемых нашими невидимыми врагами - микробами, связан с появлением иммунологических методов анализа, создание которых стало возможным после открытия антител. Классические методы иммунохимического анализа, описанные еще в конце XIX в., основаны на образовании антителами в присутствии антигена преципитата (осадка), который появляется в результате формирования высокоспецифических комплексов "антиген-антитело". Наиболее известное достижение в начале XX в. - создание Августом фон Вассерманом в 1906 г. диагностики на сифилис, получившей в дальнейшем название реакции Вассермана, - остается до сих пор самым распространенным тестом в венерологии. Постепенно иммунологические методы совершенствовались, упрощались и в конечном итоге получили широкое распространение в медицинской практике. Детектирование образовавшегося комплекса "антиген-антитело" в растворе стали осуществлять, добавляя в один из исходных компонентов реакционной системы ту или иную "метку", по которой можно следить за ходом реакции. Весьма удобными для этой цели оказались изотопные (радиоактивные), ферментные, флуоресцентные, парамагнитные и другие метки, использование которых дало возможность увеличить чувствительность иммунохимических методов в миллионы раз, а время анализа уменьшить до нескольких часов.
Нынешний период диагностики характеризуется созданием новых сверхчувствительных методов, расширением их арсенала и внедрением разнообразного медицинского оборудования и компьютерных технологий. Современные иммунохимические методы, основанные на применении "меченых" компонентов, нашли широкое распространение для количественного определения в крови больного биологически активных соединений самой разнообразной структуры - от низкомолекулярных гормонов, онкомаркеров и лекарственных препаратов до высокомолекулярных вирусов, бактерий и даже целых клеток. Основным методом обнаружения антител стал иммуноферментный анализ (сокращенно - ИФА). Этот метод был предложен в начале 70-х гг. прошлого столетия тремя независимыми группами исследователей, работавших в Швеции, Нидерландах и США. Сегодня он стал наиболее часто используемым иммунологическим методом в любых медицинских учреждениях благодаря своей невысокой стоимости и экологической безопасности.
Широкое распространение в последние годы получил революционизирующий метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), который по своей чувствительности намного превышает другие современные методы анализа генетического материала.
Первоначально, до того как был открыт ВИЧ, диагноз СПИДа ставили только на основании общей клинической картины. Обнаружение возбудителя заболевания в 1983 г. привело к быстрому развитию специальных методов лабораторной диагностики ВИЧ-инфекции. Уже в начале 1985 г. в США была введена обязательная проверка доноров крови на антитела к ВИЧ. А вскоре (в начале 1987 г.) первый анализ на ВИЧ был осуществлен и в России.
Рассмотрим теперь подробнее основные приемы и методы, которые сегодня применяются в практической медицине для установления наличия или отсутствия ВИЧ-инфекции. Обычно для этих целей используют уже готовые диагностические наборы (тест-системы), производимые разными фирмами, которые прошли предварительно очень строгие испытания и получили государственное одобрение на их применение в клинике.
ИФА - не прямой, но точный метод
К числу наиболее апробированных и усовершенствованных непрямых методов диагностики ВИЧ-инфекции относится метод, позволяющий обнаруживать в организме не сам ВИЧ, а антитела к его антигенам, которые появляются в крови у ВИЧ-инфицированных пациентов. Иммунная система организма почти сразу реагирует на присутствие чужеродного врага, выпуская против него снаряды-антитела. Вот их-то и пытаются в первую очередь обнаружить медики, используя для этой цели специальные диагностикумы (тест-системы), основанные на так называемом иммуноферментном анализе (сокращенно ИФА). Из названия следует, что в этом анализе используется два типа реакций: иммунологическая и ферментативная.
В настоящее время существует множество вариаций ИФА. Но все они основаны на одной и той же давно уже установленной способности антител специфически взаимодействовать только с "собственными" антигенами, т. е. на иммунологической реакции "антиген-антитело". Наибольшее распространение получил гетерогенный вариант иммуноферментного анализа, при котором антиген (определяемое соединение) или антитела фиксируются на твердой основе, в качестве которой могут выступать полистироловый планшет, полистироловые бусины, пористая подложка или магнитный носитель. Как правило, анализ проводят в три стадии. Схематически эти процедуры изображены на рис. 26. B лунку планшета, содержащую на своих стенках тот или иной антиген (т. е. один из белков вируса), добавляют исследуемый биологический материал, который чаще всего представляет собой сыворотку крови больного. При наличии в организме инфекционного агента в сыворотке появляются антитела к нему (на рисунке обведены). Они прочно связываются с антигеном и не удаляются при последующей промывке чашки. Это первая и основная стадия ИФА. На рисунке антитела изображены в форме "рогатки". И это неслучайно. Как уже указывалось ранее (рис. 2), антитела в действительности устроены как рогатка, из которой мальчишки-хулиганы стреляют куда попало. Только в отличие от рогатки ребячьей антитела строго специфично "стреляют" по мишеням - антигенам, которые их "породили".
На следующем этапе необходимо определить, образовался или нет в лунке иммунный комплекс, т. е. произошло ли соединение антигена с антителом или не произошло. Невооруженным глазом и даже под микроскопом этого нельзя увидеть. Собственно, для этого и требуются следующие две стадии, которые можно назвать проявляющими. На второй стадии анализа в лунку вносят специальные (реагирующие с разными антителами) антитела с заранее прикрепленным к ним определенный ферментом (отсюда и появляется слово "ферментный" в названии метода ИФА). Слитый в едино комплекс "антитело-фермент" (его называют конъюгатом) способен в свою очередь связаться с антителами человека, уже зацепившимися за антиген, который изначально закреплен на твердой подложке. B результате возникает "молекулярная цепочка", на одном конце которой вирусный белок, а на другом - фермент. После отмывки весь этот многослойный "пирог" остается в лунке планшета. Теперь нужно только обнаружить активность фермента, чтобы сделать вывод о наличии антитела. Для этого на третьей стадии в ту же лунку вносят раствор субстрата и специального бесцветного вещества - хромогена, который способен окрашиваться в результате серии биохимических реакций, осуществляемых присутствующим в лунке ферментом. Если в лунке появляется окраска, это означает, что все элементы цепочки присутствуют, "пирог" испекся.
Из этого следует вывод: в крови пациента имеются антитела к антигенам ВИЧ, и, следовательно, сам пациент инфицирован этим вирусом. Существуют и другие варианты метода ИФА. Например, можно детектировать не антитела, а сам антиген. Процедура в целом будет похожей, хотя немного более сложной.
Так как ВИЧ-инфекция в большинстве случаев длится пожизненно, то для диагностики достаточно самого факта обнаружения антител на любом этапе развития заболевания. Медики считают, что обнаружение антител с помощью ИФА является очень чувствительным методом, который выявляет свыше 99 % инфицированных ВИЧ лиц.
Достоверность результатов, получаемых с помощью ИФА, в некоторой мере зависит как от особенностей самого организма, так и от качества используемого медиками диагностического набора. Дело в том, что ИФА, подобно любому другому методу, изредка может дать так называемые ложноположительные или ложноотрицательные результаты, т. е. ввести в заблуждение. Nihil est omni parte beatum (ничто не совершенно). B первом случае анализ на ВИЧ показывает положительный результат, хотя вируса у человека совсем и нет. Ситуация довольно редкая, но она имеет место, и специалисты это прекрасно знают. С чем это может быть связано? Выяснилось, что подобная ложная реакция может иногда иметь место у пациентов с другими хроническими инфекциями или раковыми заболеваниями. Причиной ложно-положительных результатов при постановках ИФА может стать наличие у пациентов аутоиммунных процессов, антител к ревматоидному фактору, вирусу Эпштейн-Барр, некоторым молекулам, участвующим в нормальной работе иммунной системы. Частота ложноположительных результатов зависит и от качества используемой тест-системы. Так, для разных диагностических наборов (а их сейчас имеется большое количество) она колеблется от 0,02 до 0,5 %. Число ошибочных результатов значительно снижается при использовании в качестве антигена не белков, выделенных из вируса, а так называемых рекомбинантных белков ВИЧ, т. е. вирусных белков, синтезированных in vitro с помощью методов генной инженерии.
На практике более опасна другая ситуация - ложноотрицательная реакция при ИФА, которая изредка (в 1–5 %) встречается при обследовании пациентов (анализ показывает, что вируса нет, а на самом деле он присутствует и делает уже свое черное дело). Вполне естественно, что успокоенный благоприятным результатом, но на самом деле ВИЧ-инфицированный, человек не принимает никаких мер по борьбе с собственной инфекцией. B результате заболевание развивается без лечения, а человек становится источником новых заражений. Ложноотрицательная реакция при ИФА связана с несколькими причинами. Во-первых, хорошо известно, что антитела к вирусу иммунодефицита человека вырабатываются не мгновенно после его проникновения в организм человека. Период, когда вирус уже присутствует в крови, а антитела еще не появились, называется "серологическим окном". B период "окна", несмотря на высокое содержание ВИЧ в крови, тест будет отрицательный, т. е. ложноотрицательный. Но в данный период инфицированный человек уже может передавать вирус другим людям. Обычно заметное количество антител к ВИЧ появляется в крови через две-десять недель после заражения. Однако применительно к каждому человеку разброс во времени может быть весьма велик. Так, у 90–95 % зараженных они обнаруживаются в течение трех месяцев после заражения, у 5–9 % - через шесть месяцев от момента заражения, а у 0,5–1 % - даже в более поздние сроки. Наиболее ранний срок обнаружения антител - две недели от момента заражения. Поэтому при наличии данных, свидетельствующих о контакте пациента с инфицированными ВИЧ, обычно проводят повторные исследования через два-три месяца. Так обстоит дело у взрослых.
Еще сложнее ситуация у новорожденных детей. Как у зараженных, так и у незараженных детей, рожденных от ВИЧ-инфицированных матерей, в первые 6-12 месяцев жизни практически всегда обнаруживаются антитела к ВИЧ. Но они имеют материнское происхождение и затем могут или сохраниться, или исчезнуть. Только по прошествии 18 и более месяцев обнаружение антител к ВИЧ служит для врачей важнейшим критерием, свидетельствующим о наличии у ребенка ВИЧ-инфекции. Отсутствие антител к ВИЧ у ребенка в возрасте 18 месяцев, рожденного от инфицированной ВИЧ матери, считается сегодня однозначным указанием против наличия у него вируса.
Итак, ложноотрицательная реакция при ИФА может получаться тогда, когда анализ производят на самой начальной стадии инфекции. Такая же реакция возможна и на конечных этапах развития болезни, когда иммунитет пациента ослаблен настолько, что антитела к ВИЧ практически перестают вырабатываться.
Несмотря на определенные ограничения, ИФА был и остается основным методом, который используется сегодня для обнаружения ВИЧ-инфекции в многочисленных диагностических лабораториях и центрах как в России, так и за рубежом. Для этой цели используют разнообразные диагностические наборы, которые производятся и у нас в стране, и в других странах мира. Причем специалисты считают, что даже лучшие зарубежные диагностикумы ничем не превосходят по чувствительности и надежности российские аналоги, а по цене они существенно им уступают.