Czym jest błonica?

Błonica to straszna choroba przybierająca formę epidemii, nazywana dawniej „plagą dzieciństwa”. Szesnastowieczny belgijski lekarz Joost van Lom (znany także pod swoim zlatynizowanym nazwiskiem jako Jodocus Lommius) opisywał ją tak:

„Pacjent cierpi potwornie z bólu, męczy go straszna gorączka i lęka się uduszenia. Usta ma szeroko otwarte, łapie nimi chłodne powietrze i wydziela pienistą ślinę. Ma wywieszony język, który mu często drży, tak jak koniom zmęczonym po forsownym galopie. Wypite płyny powracają przez nozdrza, usta robią się sine, kark sztywnieje […]. Dusząc się gwałtownie, nie wie, co słyszy, mówi lub robi, aż wreszcie traci przytomność i umiera”.

Brytyjski bakteriolog Frederick Andrewes pisał w 1923 roku: „Śmierć spowodowaną tą chorobą przedstawia się jako najbardziej żałosną, gdyż oddech pacjentów ma gnilny odór, tak że sami nie mogą znieść własnego zapachu”. Czasami szyja przerażonego dziecka puchnie od zapalenia i przybiera charakterystyczny wygląd nazywany „szyją Nerona” lub „szyją byczą”.

Dusiciel dzieci i młodzieży

Kliniczny opis błonicy pozostawił nam już wielki grecki lekarz Hipokrates; nazwa jednej z jej postaci (dyfteryt) pochodzi od greckiego słowa oznaczającego wyprawioną skórę zwierzęcą, ponieważ w krtani chorego tworzy się gruba błona uniemożliwiająca mu oddychanie, w wyniku czego dusi się on i umiera.

Hiszpański lekarz żyjący w XVII wieku, Juan de Villarreal, opisując tę błonę, porównywał ją do nasiąkniętej skóry lub pergaminu. W Hiszpanii rok 1613 jest wciąż pamiętany jako El año de los garrotillos („rok uduszeń”), gdyż wybuch epidemii błonicy spowodował wówczas śmierć tysięcy dzieci i młodych osób dorosłych. (W Hiszpanii wyroki śmierci wykonywano często przez uduszenie, więc mieszkańcy tego kraju byli dobrze obeznani z symptomami takiego rodzaju zgonu). Z Półwyspu Iberyjskiego błonica, zwana tam „dusicielem”, dotarła na Półwysep Apeniński, gdzie nazywano ją „chorobą przełyku”.

fot.Richard Tennant Cooper/Wellcome Images/CC BY-SA 4.0

Gdy następowało duszenie się, jedyną szansą na przeżycie setek dzieci i młodych osób dorosłych było wykonanie tracheotomii

Gdy następowało duszenie się, jedyną szansą na przeżycie setek dzieci i młodych osób dorosłych było wykonanie tracheotomii, czyli otworu w tchawicy. Pierwszą osobą, która przeprowadziła tracheotomię u chorego na błonicę, był słynny francuski lekarz z Tours, Pierre Fidèle Bretonneau; jemu też zawdzięczamy nazwę tej choroby. O tym, że udany zabieg poprzedziły dwie zakończone niepowodzeniem próby, pamięta się już rzadziej.

Tak czy owak, dzięki tracheotomii, pomyślnie wykonanej po raz pierwszy w 1825 roku, uratował od śmierci czteroletnią Elisabeth de Puységur, późniejszą hrabinę de Billy. Przydało mu to równie wielkiej sławy, co jego opasłe, liczące pięćset czterdzieści stron dzieło poświęcone błonicy.

Szczepionka przeciw błonicy

W 1884 roku dwaj niemieccy mikrobiolodzy Edwin Klebs i Friedrich Löffler opisali bakterię Corynebacterium diphtheriae (zwaną także pałeczką Klebsa-Löfflera) powodującą błonicę, która zabiła Langdona Clemensa i miliony innych dzieci. W 1888 roku Emile Roux – współpracownik Louisa Pasteura pozostający przez wiele lat w jego cieniu – oraz szwajcarski mikrobiolog Alexandre Yersin wykazali, że mikroorganizmy powodujące błonicę produkują toksynę zdolną wywołać chorobę w innej części organizmu.

Wiele osób umierało w wyniku błonicy, ponieważ przenoszona w krwiobiegu toksyna porażała nerwy i zatruwała serce, które przestawało pracować. Toksyny bakterii można osłabić za pomocą ciepła lub związków chemicznych. Takie osłabione toksyny nazywamy anatoksynami lub toksoidami.

Tekst stanowi fragment książki Davida Isaacsa „Szczepienia. Odkrycia medyczne, które zmieniły świat” (Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2022).

Stosowana od bez mała stu lat szczepionka przeciw błonicy – toksoid błoniczy – jest właśnie anatoksyną, czyli toksyną błonicy zmodyfikowaną za pomocą formaldehydu. Dlatego tak ważne było odkrycie toksyny wydzielanej przez bakterię Corynebacterium diphtheriae. Pierwszą szczepionkę przeciw błonicy wykorzystującą anatoksynę i możliwą do szerokiego zastosowania u ludzi opracowano w 1923 roku.

Czytaj też: Eksperymentował ze śmiercionośnym wirusem na dzieciach – i ocalił świat przed epidemią. Jak Koprowski opracował swoją szczepionkę?

Od świnki morskiej

Wcześniej najskuteczniejszą formą leczenia osób zakażonych tą chorobą było stosowanie antytoksyny (surowicy). Otrzymuje się ją w ten sposób, że najpierw za pomocą toksyny wydzielanej przez bakterie uodparnia się na nią jakieś zwierzę, a potem surowicę jego krwi wykorzystuje się właśnie jako antytoksynę.

Dzisiaj wiemy już, że po otrzymaniu toksyny zwierzę wytwarza przeciwciała, które – podane w zastrzyku człowiekowi – zapewniają mu bierną ochronę, czyli immunizację bierną. Ta metoda różni się od większości współczesnych form immunizacji, w których wykorzystuje się szczepionkę stymulującą trwałą odpowiedź immunologiczną organizmu chroniącą go w przyszłości (jest to immunizacja aktywna).

Pierwsza antytoksyna błonicza powstała w 1890 roku w Berlinie. Jej twórcami byli Kitasato Shibasaburō, baron cesarstwa Japonii, oraz Emil von Behring, późniejszy profesor higieny. Wykazali oni, że jeśli podgrzeje się toksynę błonicy i wstrzyknie ją świnkom morskim, uodporni się je w ten sposób na zakażenie błonicą, a także na kolejne zatrucia toksyną błonicy podawaną w zastrzykach.

fot.A Short History of the National Institutes of Health/domena publiczna

Pierwsza antytoksyna błonicza powstała w 1890 roku w Berlinie.

Co więcej, potrafili także wyleczyć świnkę morską chorującą na błonicę, wstrzykując jej surowicę świnki morskiej uodpornionej za pomocą podgrzanej toksyny (anatoksyny). W ten sposób odkryli zasadę wytwarzania szczepionek toksoidowych (anatoksyn) i gdyby poszli tą drogą, stworzyliby szczepionkę toksoidową przeciw błonicy jeszcze przed rokiem 1923. To jednak wydaje się takie proste z perspektywy czasu, ponieważ wówczas zdecydowali się na inne rozwiązanie, czyli masową produkcję antytoksyny pozwalającej wytworzyć immunizację bierną.

Czytaj też: Rudolf Weigl. Wybitny Polak, który stworzył szczepionkę przeciw tyfusowi plamistemu

… do konia

Ze świnki morskiej nie da się uzyskać zbyt wiele surowicy, więc zaczęli myśleć o większym zwierzęciu. Immunizacja krów i owiec nastręczała trudności, natomiast bardzo dobrze sprawdziły się konie. Wielokrotnie podawano im dawki toksyny, ich organizmy wytwarzały przeciwdziała, a potem upuszczano im krew, by uzyskać odznaczającą się dużą mocą antytoksynę. I chociaż surowica końska mogła powodować silne reakcje alergiczne, a nawet anafilaksję, ocaliła życie tysiącom dzieci i dorosłych, zakażonych błonicą.

Emil von Behring nie był jednak taki święty, ponieważ zupełnie pominął wkład jednego ze swoich głównych współpracowników, niemieckiego naukowca Paula Ehrlicha. Ten do końca życia uważał, że Behring go oszukał i pozbawił znaczących gratyfikacji, które wiązały się ze stworzeniem surowicy przeciwko błonicy.

fot.Courtesy of National Archives and Records Administration/domena publiczna

Immunizacja krów i owiec nastręczała trudności, natomiast bardzo dobrze sprawdziły się konie.

Antytoksyna błonicza otrzymywana z surowicy końskiej zredukowała śmiertelność spowodowaną tą chorobą, jednak sceptycy mogli twierdzić, że to rozwiązanie przypominało zamykanie drzwi stajni, gdy koń już uciekł. Sprawdzało się bowiem jedynie wówczas, gdy dziecko zachorowało już na błonicę, natomiast w żaden sposób nie chroniło go przed tą chorobą ani nie zapobiegało jej rozprzestrzenianiu się. A przecież dobrze wiemy, że lepiej zapobiegać niż leczyć.

Problem braku prewencji sięgnął zenitu w 1921 roku w Stanach Zjednoczonych, gdzie odnotowano niespotykaną wcześniej liczbę dwustu sześciu tysięcy przypadków zachorowania na błonicę, z czego piętnaście tysięcy pięćset dwadzieścia zakończyło się śmiercią.

Przełom w badaniach

William H. Park był bakteriologiem i kierował laboratorium Rady Zdrowia miasta Nowy Jork. Miał innowacyjne poglądy i chociaż pozostaje najlepiej znany ze swoich pionierskich badań nad błonicą, opublikował także wiele prac na temat innych infekcji wieku dziecięcego. Od dawna był zwolennikiem stosowania antytoksyny błoniczej i w 1918 roku zainicjował w nowojorskich szkołach ambitny program podawania jej dzieciom.

W ciągu piętnastu lat władze tego miasta rozdysponowały pół miliona dawek antytoksyny. Liczba zgonów spowodowanych błonicą spadała z każdym rokiem: od ośmiuset w roku 1920, przez czterysta szesnaście w roku 1929, aż do stu dziewięćdziesięciu ośmiu w roku 1930.

fot.John Oxley Library, State Library of Queensland./domena publiczna

Liczba zgonów spowodowanych błonicą spadała z każdym rokiem

W tym samym okresie, a konkretnie w 1923 roku, brytyjscy badacze Alexander T. Glenny i Barbara Hopkins z Wellcome Research Laboratories w Beckenham w hrabstwie Kent opublikowali przełomowy artykuł zatytułowany Diphtheria Toxoid as an Immunising Agent (Toksoid błonicy jako czynnik immunizujący). Wykazali w nim, że toksoid błoniczy wywołuje znacznie silniejszą reakcję immunologiczną niż antytoksyna, i tę reakcję można wzmocnić przez dodanie soli glinu działających jako adiuwant (czynnik intensyfikujący taką reakcję).

Człowiek, który żył dla jutra

Artykuł wywarł wielkie wrażenie na Parku, który zaczął stosować Stanach Zjednoczonych szczepionkę w formie toksoidu, zgodnie z opisem Glenny’ego i Hopkins. Ponadto przeprowadził badania porównujące produkcję przeciwciał u dzieci w odpowiedzi na trzy różne preparaty szczepienne i stwierdził, że podanie antytoksyny błoniczej spowodowało produkcję przeciwciał u 90 procent dzieci, podanie anatoksyny bez adiuwanta – u 93,7 procent dzieci, a podanie anatoksyny z adiuwantem – u 98,2 procent dzieci.

Badanie Parka stanowiło istotny dowód na to, że najskuteczniejszą szczepionką przeciw błonicy była anatoksyna z adiuwantem w postaci soli glinu. Park wykazał również, że była ona bardzo bezpieczna. Szczep bakterii Corynebacterium diphtheriae wykorzystywany dzisiaj najczęściej do tworzenia toksoidu błoniczego został wyizolowany przez Annę Williams pracującą w laboratorium Williama Parka.

Jego biografię zatytułowano Człowiek, który żył dla jutra. „Jutro” Parka to nasz dzień dzisiejszy, ponieważ anatoksyna stworzona w jego laboratorium jest podstawą wszystkich współczesnych szczepionek przeciw błonicy. Australia wprowadziła realizowany w szkołach program szczepień przeciwko błonicy w 1932 roku, a w 1940 roku zaczęto rutynowo immunizować niemowlęta, dzięki czemu nastąpił szybki i trwały spadek liczby zachorowań. Podobnie było w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie oraz Europie Zachodniej. W Stanach Zjednoczonych między rokiem 2004 a końcem roku 2017 odnotowano w całym kraju jedynie dwa przypadki błonicy.

Źródło:

Tekst stanowi fragment książki Davida Isaacsa „Szczepienia. Odkrycia medyczne, które zmieniły świat” (Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, 2022).