Вакцинация и иммунная память
Как прививка обучает иммунитет заранее, без болезни.
Что такое вакцинация
Вакцинация, или иммунизация, — это введение в организм вещества, которое побуждает иммунную систему сформировать защиту против определённой инфекции без того, чтобы человек перенёс саму болезнь. Вещество, которое вводят при вакцинации, называется вакциной.
Вакцина содержит антигены — молекулярные структуры, которые иммунная система распознаёт как чужеродные и против которых выстраивает ответ. В зависимости от типа вакцины это могут быть ослабленные или убитые микроорганизмы, отдельные их белки, полисахариды (углеводные цепочки с поверхности бактерий) или инструкции для синтеза таких белков внутри клеток самого организма.
Цель вакцинации — не просто запустить одномоментную реакцию, а создать долгосрочную иммунную память: способность иммунной системы быстро и эффективно отвечать при реальной встрече с возбудителем в будущем.
Как работает иммунный ответ на вакцину
После введения вакцины антигены попадают в ткань и быстро захватываются дендритными клетками — специализированными клетками врождённого иммунитета, которые патрулируют ткани и первыми реагируют на чужеродный материал. Дендритная клетка поглощает антиген, расщепляет его на небольшие фрагменты и перемещается в ближайший лимфатический узел.
В лимфатическом узле дендритная клетка представляет фрагменты антигена T-лимфоцитам. Этот процесс называется представлением антигена (антигенной презентацией): дендритная клетка как бы показывает T-клетке кусочек чужеродной молекулы, чтобы та приняла решение о реакции.
T-лимфоциты, распознавшие антиген, активируются и делятся. Часть из них становится T-хелперами — клетками, которые помогают другим клеткам иммунной системы усилить ответ. Другая часть дифференцируется в цитотоксические T-лимфоциты — клетки, способные уничтожать заражённые клетки организма.
Параллельно T-хелперы взаимодействуют с B-лимфоцитами. Активированные B-клетки размножаются и превращаются в плазматические клетки, которые производят антитела — белки, связывающиеся с конкретным антигеном и нейтрализующие его. Антитела циркулируют в крови и на поверхности слизистых оболочек.
Первичный и вторичный иммунный ответ
Реакция иммунной системы на антиген при первом и при повторном контакте принципиально различается.
Развивается при первом контакте с антигеном. Требует нескольких дней, иногда до двух недель, для того чтобы иммунная система нашла нужные клетки, активировала их и произвела достаточно антител. Уровень антител нарастает медленно, достигает умеренного пика и затем снижается. В этот период болезнь может развиться раньше, чем защита сформируется полностью.
Развивается при повторном контакте с тем же антигеном — будь то повторная вакцинация или реальная инфекция. Ответ начинается за часы или один-два дня, а не за недели. Уровень антител нарастает быстрее и достигает значительно более высокого пика. Антитела обладают более высоким сродством к антигену — они связываются с ним крепче. Такой ответ возможен благодаря клеткам иммунной памяти.
Клетки иммунной памяти
После завершения первичного иммунного ответа большинство активированных лимфоцитов гибнет. Однако небольшая часть из них переходит в особое состояние и сохраняется в организме долгие годы — иногда на протяжении всей жизни. Это клетки иммунной памяти.
- B-клетки памяти долго живут в лимфатических узлах, костном мозге и других органах. При повторном контакте с антигеном они быстро превращаются в плазматические клетки и начинают производить антитела с высоким сродством к антигену.
- T-клетки памяти сохраняются как в крови, так и в тканях. Различают центральные T-клетки памяти, которые циркулируют и поддерживают долгосрочный пул, и эффекторные T-клетки памяти, находящиеся в тканях и готовые к быстрой реакции на месте.
- Долгоживущие плазматические клетки оседают в костном мозге и непрерывно вырабатывают антитела в небольших количествах, обеспечивая базовый защитный уровень антител в крови без дополнительной активации.
Продолжительность иммунной памяти зависит от возбудителя, типа вакцины, возраста и состояния иммунной системы человека, а также от того, происходит ли периодический повторный контакт с антигеном. По некоторым данным, память против кори после вакцинации может сохраняться десятилетиями.
Типы вакцин по составу и механизму
Вакцины различаются по тому, какой именно материал они используют для запуска иммунного ответа.
Содержат ослабленные (аттенуированные — от лат. attenuare, «ослаблять») живые микроорганизмы, которые сохраняют способность размножаться в организме, но утратили способность вызывать болезнь у людей с нормальным иммунитетом. Как правило, формируют сильный и длительный иммунный ответ, нередко после одной-двух доз. Примеры: вакцины от кори, краснухи, паротита (КПК), ветряной оспы, жёлтой лихорадки. Обычно противопоказаны при выраженном иммунодефиците и беременности.
Содержат убитые целые микроорганизмы или их частицы. Возбудитель не способен размножаться. Иммунный ответ обычно требует нескольких доз и нередко ревакцинации для поддержания защиты. Примеры: инактивированная вакцина от полиомиелита (ИПВ), некоторые вакцины от гриппа, вакцина от гепатита А.
Содержат только отдельные компоненты возбудителя — очищенные белки или полисахариды. Рекомбинантные вакцины производят нужный белок с помощью биотехнологических методов. Конъюгированные вакцины соединяют полисахаридный антиген с белком-носителем: полисахарид сам по себе плохо стимулирует T-зависимый иммунный ответ, особенно у детей первых лет жизни, а конъюгация с белком решает эту проблему. Примеры: вакцины от гепатита B, менингококковой инфекции, пневмококка, ВПЧ (вируса папилломы человека).
Содержат молекулу мРНК (матричной рибонуклеиновой кислоты — информационного посредника, который несёт инструкцию для синтеза белка). Клетки организма читают эту инструкцию и временно производят один или несколько белков возбудителя — чаще всего поверхностный белок, по которому иммунная система учится распознавать инфекцию. мРНК не встраивается в ДНК и разрушается, как правило, в течение нескольких дней, обычно не более двух недель. Примеры: вакцины против COVID-19, разработанные Pfizer-BioNTech и Moderna. Технология мРНК изучается для применения против других инфекций и в онкологии.
Используют модифицированный вирус-носитель (вектор) — обычно аденовирус, неспособный размножаться в организме. Вектор доставляет в клетки ДНК-инструкцию для синтеза белка возбудителя. Примеры: вакцины против COVID-19 AstraZeneca и Janssen; аналогичный подход использован в ряде вакцин против лихорадки Эбола.
Анатоксины (от фр. anatoxine; также toxoid) — химически обезвреженные токсины, сохраняющие структуру, достаточную для формирования иммунного ответа, но утратившие токсичность. Иммунная система обучается нейтрализовывать токсин, а не самого возбудителя. Примеры: компоненты вакцин от дифтерии и столбняка (входят в состав АКДС и её аналогов).
Адъюванты
Адъювант (от лат. adjuvare — «помогать») — вещество, добавляемое к вакцине для усиления иммунного ответа. Само по себе оно не является антигеном. Адъювант создаёт дополнительный сигнал опасности в месте введения вакцины, что усиливает привлечение иммунных клеток и активацию дендритных клеток. Это позволяет снизить количество антигена в составе вакцины или уменьшить число необходимых доз.
Исторически наиболее распространены соли алюминия (гидроксид алюминия, фосфат алюминия) — они используются в вакцинах с 1920-х годов и имеют длительную историю безопасного применения. Современные вакцины могут содержать адъюванты на основе сквалена или синтетических молекул, активирующих рецепторы врождённого иммунитета.
Коллективный иммунитет
Коллективный иммунитет (также называемый популяционным) — состояние, при котором достаточно большая доля населения имеет иммунитет к инфекции, так что цепи передачи возбудителя прерываются или резко замедляются. Это косвенно защищает тех, кто не может быть вакцинирован: новорождённых, людей с иммунодефицитом, лиц с противопоказаниями к отдельным вакцинам.
Порог коллективного иммунитета зависит от базового репродуктивного числа R₀ — среднего числа людей, которых заражает один больной в полностью восприимчивой популяции. Чем выше R₀, тем большая доля населения должна быть иммунна, чтобы прервать передачу. Например, для кори с R₀ около 12–18 порог составляет примерно 92–95%, а для полиомиелита с R₀ около 5–7 — около 80–85%.
Коллективный иммунитет работает только при достаточном и равномерном охвате вакцинацией: если в отдельных сообществах или районах охват низкий, вспышки могут возникать даже при высоком среднем показателе по стране.
Схемы вакцинации и ревакцинация
Большинство вакцин требуют нескольких введений. Первичная серия доз формирует базовый иммунный ответ и клетки памяти. Ревакцинация (бустерная доза) — дополнительное введение вакцины спустя определённое время — поддерживает или усиливает уже имеющийся иммунитет.
Интервалы между дозами выбраны исходя из динамики иммунного ответа: слишком короткий промежуток не даёт системе сформировать достаточный пул клеток памяти, а слишком длинный может позволить иммунитету снизиться. Нарушение схемы обычно не требует начинать вакцинацию заново — пропущенные дозы вводят при первой возможности по актуальным рекомендациям.
Для некоторых вакцин защита сохраняется десятилетиями после полного курса, для других требуется периодическая ревакцинация. Например, от столбняка и дифтерии рекомендуют ревакцинацию каждые 10 лет. Для гриппа необходима ежегодная вакцинация, так как вирус быстро изменяется.
Календарь прививок
Национальный календарь профилактических прививок — документ, который устанавливает перечень инфекций, против которых проводится вакцинация, возраст и сроки её проведения в данной стране. Календари различаются в разных государствах, поскольку зависят от эпидемиологической ситуации, доступности препаратов и политики здравоохранения.
Большинство развитых и развивающихся стран включают вакцины против туберкулёза (БЦЖ), гепатита B, дифтерии, столбняка, коклюша (АКДС или её аналоги), полиомиелита, гемофильной инфекции типа b (ХИБ), кори, краснухи, паротита и ряда других инфекций. В части стран в календарь включены вакцины от пневмококка, ротавируса, ветряной оспы, ВПЧ и менингококковой инфекции.
Противопоказания и особые группы
Большинство вакцин имеют лишь узкий перечень истинных противопоказаний. Перенесённое ранее тяжёлое проявление аллергии — анафилаксия — на предыдущую дозу той же вакцины или на один из её компонентов является противопоказанием к повторному введению.
Живые аттенуированные вакцины противопоказаны при первичных иммунодефицитах с глубоким нарушением клеточного иммунитета, при проведении иммуносупрессивной терапии (лечение, подавляющее иммунную систему), а также при беременности — из-за теоретического риска для плода.
Людям с иммунодефицитом иногда рекомендуют дополнительные дозы инактивированных вакцин, поскольку иммунный ответ у них может быть слабее. Некоторые вакцины особенно важны для пожилых людей, так как с возрастом иммунный ответ ослабевает.
Лёгкое острое заболевание не является противопоказанием к вакцинации. Откладывать прививку из-за насморка или небольшого повышения температуры, как правило, не нужно, однако конкретное решение принимает врач.
Нежелательные реакции и безопасность
Вакцины, применяемые в современных программах иммунизации, прошли клинические испытания и имеют задокументированный профиль безопасности. Это не означает, что реакции отсутствуют.
Местные реакции — боль, покраснение, уплотнение в месте инъекции — возникают часто и обусловлены нормальным воспалительным ответом. Они проходят самостоятельно за один-три дня.
Системные реакции — небольшое повышение температуры, слабость, головная боль — также часты, особенно после вакцин, содержащих живые микроорганизмы или определённые адъюванты. Умеренное повышение температуры отражает активацию иммунного ответа, а не болезнь. Такие реакции, как правило, проходят за один-два дня.
Редкие серьёзные реакции существуют для любой вакцины. Например, анафилаксия при вакцинации развивается редко — по различным данным, от менее одного до нескольких случаев на миллион доз. Именно поэтому после вакцинации рекомендуют оставаться под наблюдением медицинского работника в течение 15–30 минут.
При оценке безопасности вакцины важно сравнивать риски реакций с рисками самой болезни. Для большинства вакцино-предотвратимых инфекций болезнь несёт значительно более высокий риск тяжёлых последствий, чем вакцинация.
Эффективность вакцин
Эффективность вакцины — степень снижения риска заболевания или тяжёлых последствий у привитых по сравнению с непривитыми в контролируемых условиях испытания или в реальной практике. Эффективность различается в зависимости от типа вакцины, инфекции, конечной точки (заражение, симптомы, тяжёлое течение, летальность), возраста и иммунного статуса получателя.
Вакцина с эффективностью против клинического заболевания ниже 100% может при этом обеспечивать очень высокую эффективность против тяжёлого течения болезни, госпитализации и летального исхода.
Ни одна вакцина не даёт абсолютной защиты всем привитым. Тем не менее даже частичная защита, распределённая по большой части населения, существенно снижает заболеваемость и смертность на уровне популяции.
Изменчивость возбудителей и обновление вакцин
Некоторые возбудители, прежде всего вирусы, быстро мутируют и изменяют антигенные свойства своих поверхностных белков. Это может снижать эффективность существующих вакцин и требует их обновления.
Например, состав вакцин от гриппа пересматривается ежегодно на основе данных о циркулирующих штаммах. Появление новых вариантов SARS-CoV-2 привело к разработке обновлённых формул вакцин против COVID-19.
Вирусы с более стабильными антигенными белками, такие как вирус кори, не требуют регулярного обновления состава вакцины.
Связи с другими системами
- Врождённый иммунитет: вакцина прежде всего активирует клетки врождённого иммунитета — дендритные клетки и макрофаги. Они первыми реагируют на введённый антиген и запускают цепочку событий, ведущую к формированию памяти. Подробнее — в разделе Иммунная система.
- Лимфатическая система: антигены из места введения вакцины транспортируются по лимфатическим сосудам в регионарные лимфатические узлы, где происходит основная часть адаптивного иммунного ответа. Подробнее — в статье Лимфатическая система.
- Костный мозг: долгоживущие плазматические клетки, обеспечивающие длительное присутствие антител в крови после вакцинации, оседают прежде всего в костном мозге. Там же формируется часть пула B-клеток памяти. Подробнее — в статье Костный мозг.
- Аллергия и аутоиммунитет: в редких случаях вакцинация может быть связана с аллергическими реакциями на компоненты препарата. Подробнее о нарушениях иммунного ответа — в статье Аллергия, аутоиммунитет и иммунодефицит.
- Воспаление: местная реакция в месте введения вакцины — это нормальное острое воспаление, необходимое для активации иммунных клеток. Подробнее — в статье Воспаление.
Итак, вакцинация использует принцип иммунной памяти: первый контакт с антигеном в безопасных условиях формирует специализированные долгоживущие клетки, которые обеспечивают быстрый и мощный ответ при реальной инфекции. Тип вакцины определяет механизм создания этой памяти, но итог один — защита без болезни. Достаточный охват вакцинацией в популяции дополнительно защищает тех, кто не может быть привит, прерывая цепи передачи возбудителя.