O “zbraňových systémech” malarických plazmodií

...v Indii a současně v Itálii jeden Angličan a jeden Ital poslouchali kvílivé bzučení rojů komárů a snili a ve snách spřádali podivné pokusy - Ale tyhle historie oslavím v kapitolách následujících. Vypravují o dávných morových ranách, které má člověk nyní plně v moci, ...

(z knihy Lovci mikrobů Paula de Kruifa, překlad J. Hrůša, 1935)

Podle statistik Světové zdravotnické organizace WHO je v současné době na celé planetě zhruba 400 milionů pacientů trpících malárií a jejich počet stále vzrůstá. Každoročně je zaznamenáno 200 – 300 milionů nových klinických případů a počet neregistrovaných se dá odhadovat jen stěží, ale vzhledem k nízké životní úrovni nejvíce postižených zemí bude asi vysoký. Jen v Africe podlehne malárii každoročně asi milion dětí.
V některých zemích je procento obyvatel nakažených malárií doslova neuvěřitelné. V Keni, kterou dnes obývá téměř 25 milionů lidí, má malárii 80 % z nich (aids “jen” 4 %). Ostatně Afrika, hlavně její subsaharská část, patří k nejvíce “sužovaným” oblastem. Pozoruhodná je situace v Indii. Zatímco v 60. letech tu byla choroba díky užívání DDT proti komárům prakticky vymýcena, dnes se opět vyskytuje u 39 % populace.
V závislosti na klimatických, ekonomických a sociálních podmínkách dochází v některých částech světa k epidemickému výskytu nemoci. Jedna z nejhorších epidemií posledních let postihla r. 1988 Madagaskar. Zahynulo při ní 25 000 lidí (0,2 % obyvatel ostrova).
Zarážející je dlouhodobý vývoj počtu nemocných. Několik prvních desítek let našeho století je celkem konstantní – okolo 500 milionů. V 50. a 60. letech výrazně klesá na 300 – 200 milionů. Pak ale dochází ke zlomu a případů opět přibývá. Tento trend se udržuje dodnes. Je způsoben jednak zvýšenou migrací lidí po celém povrchu Země, ale hlavně vznikem rezistence malarických plazmodií na chlorochin, jedno z nejužívanějších (a nejúspěšnějších) antimalarik.

Nemoc z bahna

Jako první spatřil plazmodia¹, prvoky z podřádu Haemosporina kmene Apikomplexa odpovědné za vznik malarie, Charles L. A. Laveran (1845 – 1922) r. 1880 (viz Vesmír 59, 346, 1980). Bylo to v době, kdy panoval názor, že choroba vzniká ze špatného vzduchu (odtud i starší, exoticky znějící název bahenní zimnice). Vznikl pravděpodobně na reálném podkladě, neboť malárie skutečně převažuje ve vlhkých částech tropů. Nemá to samozřejmě nic společného s bahnem, ale s komáry rodu Anopheles, kteří pro svůj vývoj vodu nezbytně potřebují a kteří jsou jedinými “přenášeči” malárie (uvozovky jsou vysvětleny v popisce k obr. 1). Na přenos plazmodií komáry upozornil jako první Manson r. 1895, autor myšlenky přenosu filárií hmyzem (viz Vesmír 57, 247, 1978). Potvrdili to však až R. Ross a B. Grassi o tři roky později.
Přes veškeré poznatky se mýtus o původu nemoci v bahně dodnes odráží v etymologii slova malárie (mala aria = špatný vzduch) a zejména jeho francouzského ekvivalentu le paludisme (lat. palus, paludis = bažina).
Velký význam v historii výzkumů původců tohoto obávaného onemocnění má i objev stadií žijících mimo červené krvinky, která jsou odpovědna za jednu z největších záludností parazita. Nalezl je Garnham se spolupracovníky až r. 1948.

Choroba zvaná malárie

Vývojový cyklus plazmodií parazitujících u člověka je neobyčejně složitý (viz obr. 1). Přesto jsou projevy onemocnění dosti jednotné. Charakterizují je pravidelné horečnaté záchvaty a sekundární anémie. Rozeznáváme malárii terciánu, kterou vyvolává Plasmodium vivax a P. ovale a u níž dochází k vzestupu teplot každý třetí den, malárii kvartánu způsobenou P. malariea, při níž se horečnaté stavy opakují jednou za čtyři dny, a malárii tropiku, jejímž původcem je P. falciparum, s nepravidelně se opakujícími horečkami každý den.
První klinické příznaky jsou velmi neurčité a prakticky nedovolují malárii bezpečně diagnostikovat. Nevolnost, nechutenství, nausea (nucení ke zvracení) či bolesti hlavy a končetin mohou poukazovat na celou řadu chorob. Klasický malarický záchvat se dostavuje až po 3 – 5 dnech a probíhá asi následujícím způsobem: Nemocný pociťuje nejprve mrazení, které rychle přechází v zimnici a třesavku. Po 15 minutách až dvou hodinách jsou vystřídány naopak horečkou, kdy teploty dosahují 39 – 41 ^oC. Srdeční tep se zrychluje na 120 – 145 tepů za minutu. Trvání horečnatých stavů může být velmi různé. Od 3 – 7 hodin u terciány a kvartány až po téměř nepřetržité (20 – 24 hodin) u tropiky. Konec záchvatu je provázen silným pocením a poklesem teploty často až pod hranici normálu.
Malarický záchvat je způsoben synchronizovaným rozpadem parazitovaných erytrocytů pacienta. S časem se pravidelnost záchvatů zpřesňuje. Proto se také může stát, že první, ne příliš pravidelné záchvaty nejsou ještě rozpoznány jako malarické. Diagnostikující lékař musí také počítat s tím, že v exponovaných oblastech dochází běžně k duplikované nákaze několika druhy plazmodií, nebo sice jedním a tímtéž druhem, ale opakovaně. V takových případech je pak periodicita záchvatů netypická.
Příčinou anémie je rozpad červených krvinek; nejvýraznější je u tropiky. Klesá i obsah hemoglobinu, který je metabolizován na hemosiderin. Oba procesy vedou k poruchám metabolizmu kyslíku, což je jeden z hlavních patogenních činitelů malárie.

Útok plazmodií

Aby mohl parazit úspěšně parazitovat, musí být vybaven jistými schopnostmi, které mu dovolí proniknout do hostitele a ubránit se jeho obranným mechanizmům. Jen málokteří paraziti oplývají v tomto směru takovou “vynalézavostí”, jako plazmodia. Někdy se dokonce zdá, jako by “počítala” i s tím, že se člověk bude bránit nejen svým imunitním aparátem, ale i léky, vakcínami ap.
Pronikne-li plazmodium (ve stadiu sporozoita) ze slinných žláz komára do krve člověka, musí se co nejdříve někde usadit. “Mizí” proto v buňkách jater, kde se rozmnoží a opět se navrací do krevního oběhu. Znovu však velmi rychle přisedá na povrch endotelových buněk (tvoří výstelku vnitřní stěny cév) a červených krvinek. První kontakt parazita s hostitelem zajišťuje vazba lektinu na povrchu plazmodia s glykoproteinem na membráně erytrocytu. Procesem, který nazýváme indukovaná fagocytóza (“donutí buňku, aby jej pohltila”), proniká parazit záhy i dovnitř. U erytrocytů je to ale obdivuhodný výkon, protože za normálních okolností fagocytovat neumějí. Plazmodium však stále není mimo nebezpečí. Hrozí mu filtrace krve slezinou, a proto “nutí” krvinky adherovat ke stěnám cév.
Dalším nebezpečím, které na plazmodium číhá v krvi a zprostředkovaně i uvnitř krvinek, jsou protilátky, které lidský organizmus během “jaterního” období stačí v hojné míře připravit. Pro takový útok má plazmodium připraveno v záloze hned několik úhybných manévrů. Předně je to tzv. S–antigen, bílkovina, přítomná hlavně v parazitoforní vakuole (vakuola v erytrocytu, v níž je uzavřeno plazmodium), ale bývá včleněna i do povrchové membrány erytrocytů. Nejdůležitější vlastností S–antigenu je jeho obrovská variabilita. Imunitní systém je nucen k nesmyslné produkci rozličných klonů B–lymfocytů tvořících protilátky. Tím se ovšem značně vyčerpává a oslabuje. Podobný důsledek má i další plazmodiový vynález – měnitelný antigenní kabát (u všelijakých parazitů je ostatně změna kabátu oblíbeným trikem). Povrchová membrána plazmodia je pokryta jedním typem proteinu. Vytvoří-li proti tomuto proteinu lidský organizmus protilátku, okamžitě nastupuje jiný kmen plazmodií s jiným povrchovým antigenem. Následuje příprava nové protilátky, nová obměna antigenu, a tak stále dokola. Plazmodium je ovšem v tomto závodu obvykle vždy o krůček napřed. O tom, že podobné závodění lidskému organizmu na obranyschopnosti zrovna nepřidá, není třeba ani hovořit. (obr. 2)
Kromě antigenního kabátu jsou však v povrchové membráně parazita i některé další, funkčně nepostradatelné proteiny. Aby se nestaly kořistí protilátek, jsou maskovány mnohonásobně se opakujícími sekvencemi aminokyselin. Protilátková imunita je namířena proti nim, místo aby blokovala bílkoviny, které plazmodium potřebuje ke svému životu.
Dalším pozoruhodným patentem je schopnost plazmodií vyvolat polyklonální aktivaci lymfocytů T i B. Do řad obrany je tak vnesen naprostý chaos a dochází k produkci obrovitého množství buněčných linií a protilátek, často namířených i proti molekulám lidskému organizmu vlastním. Rozbíhají se autoimunitní reakce a imunitní aparát je natolik dezorientován, že není schopen účinné obrany proti plazmodiím.
Plazmodia jsou však schopna imunitu i potlačit (tzv. imunosuprese). Dochází pak ke snížení schopnosti buněk T a B odpovídat na antigen. Makrofágy pod tímto vlivem přestávají prezentovat odchycené antigeny na svém povrchu a klesá u nich i produkce lymfokinů, molekul sloužících ke komunikaci s ostatními buňkami imunitního systému.

Člověk se brání

Z předchozích řádků by se mohlo zdát, že lidský organizmus je proti plazmodiím, která pronikla do jeho vnitřního prostředí, úplně bezbranný. Pravý opak je však pravdou.
Významnou roli při obraně organizmu hraje slezina. Velmi důležitá je zejména její architektura, neboť erytrocyty jsou nuceny protáhnout se při průchodu úzkými štěrbinami v její tkáni. To dokáží pouze ty, které jsou dostatečně plastické. Parazitované krvinky plasticitu ztrácejí a jsou odchyceny a zničeny. Proto se tedy plazmodia snaží přimět erytrocyty k cytoadherenci na výstelku cév.
Celá řada mechanizmů se snaží zabránit parazitům v proniknutí do erytrocytů. Metabolizmus totiž neumožňuje plazmodiím dlouhodobý pobyt mimo buňku a nedostanou-li se včas “dovnitř”, zahynou. V mezibuněčném prostoru jsou navíc silně ohrožovány “útoky” protilátek, a následně na to buněk pohlcujících protilátkami značené částice.

druh	název onemocnění	rozšíření	relapsy a rekrudescence	opakování horeček (hod.)
*P. falciparum*	tropika	hlavně tropy a subtropy	do 1 roku	24 - 36
*P. ovale*	terciana	západní tropická Afrika	ojediněle	48
*P. malariae*	kvartana	kosmopolit omezený na některé vzájemně nesouvisející oblasti	po mnoho let (až 52 let)	72
*P. vivax*	terciana	kosmopolit	do 3 - 5 let	48

Tab. Přehled
druhů rodu
Plasmodium
parazitujících
u člověka

Blokáda fagocytózy může vzniknout např. tím, že plazmodium není schopno adherovat (připojit se) k povrchu červené krvinky. Přímo na povrchu parazita je také přítomen protein PMMSA (plasmodium merozoite membrane surface antigen). Naváže-li se na něj protilátka, není plazmodium schopno indukovat fagocytózu. Obdobným způsobem brání kontaktu obou buněk i protilátky proti dalším povrchovým molekulám (jako jsou GPS, RESA ap.).
Je-li plazmodium pohlceno erytrocytem spolu s protilátkami, dochází často k zastavení dalšího vývoje parazita. Protein PfEMP1 je odpovědný za přisedání parazitovaných erytrocytů k endoteliím. Pokryjí-li jej protilátky, nemůže plnit svou funkci a erytrocyty jsou odfiltrovány slezinou.

Vakcinace a léčba

Při reakci organizmu na lidská plazmodia se nejvíce uplatňuje humorální neboli protilátková odpověď. Zdálo by se tedy, že vakcinace je správnou cestou, jak zamezit bezuzdnému “řádění” plazmodií. Celá záležitost má však hned několik háčků.
Člověka napadají čtyři druhy plazmodií (viz tabulku). Proti každému z nich je nutno mít jiné protilátky. Specifických protilátek je třeba i proti jednotlivým vývojovým stadiím parazita, neboť jiné antigenní struktury jsou na povrchu sporozoitů, jiné na povrchu merozoitů, ještě jiné u gametocytů a odlišné jsou i u intracelulárních stadií v buňkách jaterního parenchymu (hepatocytech) a erytrocytech. U nepohlavních stadií jde antigenní variabilita ještě dále – až na úroveň klonů. Přitom vakcinace proti některým stadiím (např. gametocytům) je z hlediska pacienta bezvýznamná, neboť se v jeho těle objevují až v době pokročilého rozvoje onemocnění. Jediným významem takové imunizace je přerušení vývojového cyklu parazita. Přes všechny tyto problémy je dnes právě do vakcinace vkládáno nejvíce nadějí jak ze strany parazitologů – badatelů, tak ze strany lékařů.
Člověk může získat imunitu i přirozenou cestou, avšak pouze při dlouhodobém (mnohaletém) styku s antigeny plazmodií. Imunita je ale nesterilní (částečná) a nestabilní, tzn. že mimo malarickou oblast brzo mizí. K jejímu udržení je potřeba opakovaný a stálý styk s antigenem. To jsou také důvody, proč se ani umělá imunizace (vakcinace) nesetkala s příliš velkým úspěchem. V současné době se tedy používají spíše léčebné preparáty zasahující přímo do metabolizmu plazmodií. (obr. 3)
První látkou, která se k léčbě malárie začala s úspěchem užívat, byl proslulý chinin. Ovšem již peruánští indiáni věděli o léčivých účincích chinovníků (Cinchona spp.) a je známo, že v 16. a 17. století jej k léčbě malárie skutečně užívali. Později od nich tuto znalost převzali Španělé. Dnes se chinin podává výjimečně pacientům, u nichž jiné léky nezabírají, nebo těm, kteří dnes užívané léky nesnášejí. Má však řadu nepříjemných účinků. Je velmi hořký a při delším užívání vyvolává poruchy zraku a sluchu, bolesti hlavy, hučení v uších a u těhotných žen může vést k potratu. Neúčinkuje na gametocyty a vývojový cyklus plazmodií není tedy přerušen. Řada kmenů je dnes navíc proti chininu odolná.
V 50. letech se začaly při léčbě malárie užívat látky na bázi 4-aminochinolinů, zejména chlorochin. Ve své době šlo (a dodnes vlasně ještě jde) o velký objev, do něhož se vkládalo mnoho nadějí. Účinky chlorochinových preparátů se projevily výrazným poklesem počtu nemocných a zdálo se, že na seznamu “vyřešených” případů medicíny přibude další z obávaných chorob lidstva.
První zprávy o odolnosti plazmodií proti chlorochinu (obr. 4) však na sebe nechaly čekat jen krátce. Již počátkem 60. let jsou z celého světa hlášeny případy odolných kmenů, hlavně druhu P. falciparum a v 70. letech začal počet malariků opět vzrůstat. Situace se znovu stala beznadějnou. Přispěl i zákaz používání insekticidů na bázi chlorovaných uhlovodíků (DDT, HCH). Komáři, v některých oblastech již silně potlačení, se začínají vracet na svá stanoviště a tato situace trvá dodnes. I když...

Nová naděje

svitla r. 1972, kdy byl “objeven” nový preparát s antimalarickými účinky. Pochází z Číny, kde jej k léčbě malárie užívá tradiční medicína již více než 2 000 let. Číňané jej nazývají čin-hau-su a příslušníkům euroamerické kultury je znám jako artemisinin (obr. 5). Jak již napovídá název, byl izolován z pelyňku (Artemisia annua). Jeho struktura je úplně odlišná od struktury chlorochinu a také mechanizmus účinku bude zřejmě jiný, prozatím však není v detailech znám.
V současné době probíhá testování celkem tří preparátů na zvířatech. V době, kdy se k vám dostane tento článek, bude pravděpodobně již první z nich v distribuci. Byl nazván artemether a je k dostání ve Francii a v první polovině r. 1994 bude prodáván i v jiných státech. Jde však o olejnatou emulzi, která je pro praktické použití méně vhodná. Příjemnější v tomto směru bude zřejmě arteether, který se v podobě tablet zkouší nyní v Holandsku. O jeho volném prodeji se uvažuje zhruba od r. 1995. Cena týdenní dávky se bude pohybovat okolo 12 USD. Konečně i Číňané připravují vlastní medikament pod komerčním názvem artesunate.
Sdělovací prostředky i sami vědci hovoří o nových lécích v superlativech. Nízká cena, relativní dostupnost, fantastické účinky. Kupříkladu arteether dokáže prý během 24 hodin zcela vyčistit krev od parazitů. Také rezistenci na artemisinin budou prý plazmodia získávat jen obtížně.
Střízlivější část odborníků je však opatrná. Zřejmě právem. Nejsou si tak zcela jisti “neschopností” plazmodií, neboť ta nás již několikrát dokázala přesvědčit o opaku a není důvod, proč by to tedy nedokázala i nyní. WHO proto navrhuje podávat nové preparáty pouze u vážných komplikací, jako je např. mozková malárie, nebo tehdy, selžou-li všechny jiné způsoby léčby. Může se tak výrazně prodloužit doba, kterou budou plazmodia pro vytvoření rezistence potřebovat.

1 Domnívám se, že počeštěný latinský rodový název plazmodium je vhodnější než český výraz zimnička, který je mi znám pouze z učebnic, ale nikdy jsem jej neslyšel nikoho vypustit z úst, zatímco o plazmodiích hovoří parazitologové docela běžně.

Zpět na domovskou stránku