МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ

Бактериальные ОФС.1.2.4.0006.15
эндотоксины Взамен ГФ XII, ч.1 ОФС 42-0062-07

Настоящая статья описывает методы определения бактериальных эндотоксинов в лекарственных препаратах, предназначенных для парентерального применения и фармацевтических субстанциях, используемых для их изготовления.

Определение содержания бактериальных эндотоксинов проводят с помощью реактива, представляющего собой лизат клеток крови (амебоцитов) мечехвоста Limulus polyphemus (ЛАЛ-реактив) или Tachypleus tridentatus (ТАЛ-реактив) . ЛАЛ-реактив специфически реагирует с бактериальными эндотоксинами. В результате ферментативной реакции происходит изменение реакционной смеси, пропорциональное концентрации эндотоксина.

Существуют три основных методологических подхода для проведения данного испытания: гель-тромб метод, основанный на образовании геля; турбидиметрический метод, основанный на помутнении реакционной смеси после расщепления субстрата, содержащегося в ЛАЛ-реактиве; и хромогенный метод, основанный на появлении окрашивания после расщепления синтетического пептид-хромогенного комплекса.

В данной статье описаны следующие шесть тестов, основанных на описанных выше принципах:

• – Качественный гель-тромб тест (Метод А);
• – Количественный гель-тромб тест (Метод В);
• – Турбидиметрический кинетический тест (Метод С);
• – Хромогенный кинетический тест (Метод D);
• – Хромогенный тест по конечной точке (Метод Е);
• – Турбидиметрический тест по конечной точке (Метод F).

Испытание проводят любым из шести приведенных методов. В случае сомнений или разногласий окончательное заключение принимают на основании результатов, полученных при проведении испытания методом А.

Посуда и ее подготовка

Стеклянная и пластиковая посуда, используемая в ЛАЛ-тесте, не должна содержать бактериальные эндотоксины в количествах, определяемых в тесте, и не должна оказывать влияния на ход реакции.

Стандарты эндотоксина

При проведении анализа может использоваться Контрольный стандарт эндотоксина (КСЭ), активность которого установлена по Международному стандарту эндотоксина. КСЭ должен быть предназначен для проведения анализа с данной партией ЛАЛ-реактива (или ТАЛ-реактива) . Растворение и хранение КСЭ осуществляют согласно инструкции фирмы-производителя.

ЛАЛ-реактив

Необходимо использовать ЛАЛ-реактив, предназначенный для выбранного метода определения бактериальных эндотоксинов.

Чувствительность реактива (l) выражена в единицах эндотоксина [ЕЭ/мл] и соответствует минимальной концентрации Международного стандарта эндотоксина, которая вызывает образование плотного геля при реакции с данным реактивом (Методы А и В), или соответствует точке с минимальным значением на стандартной кривой (Методы С, D, E и F).

Разведение лиофилизированного ЛАЛ-реактива и его хранение осуществляют согласно инструкции фирмы-производителя.

Примечание: ЛАЛ-реактив, кроме эндотоксинов, может реагировать и с некоторыми β-гликанами, поэтому возможно использование специфического ЛАЛ-реактива, у которого удален фактор G, реагирующий с гликанами. Также разрешается применение вспомогательных растворов, которые блокируют реакционную систему фактора G. Такие реактивы могут применяться для определения эндотоксинов в присутствии гликанов.

Вода для ЛАЛ-теста

Для приготовления растворов реактивов и разведений испытуемого лекарственного средства используют воду для ЛАЛ-теста. Вода для ЛАЛ-теста должна соответствовать требованиям, предъявляемым к воде для инъекций, и при этом не должна содержать бактериальные эндотоксины в количествах, определяемых в тесте.

Подготовка испытуемого образца

Каждый отобранный образец испытывается индивидуально.

Для растворения и/или разведения испытуемого лекарственного средства используют воду для ЛАЛ-теста, если в фармакопейной статье не указан иной растворитель. Испытуемый раствор должен иметь рН в пределах, указанных производителем ЛАЛ-реактива, обычно 6,0 – 8,0. В случае необходимости рН доводят до нужного значения растворами кислоты, основания или с помощью буферного раствора. Используемые растворы не должны содержать бактериальные эндотоксины в количествах, определяемых в тесте, и не должны оказывать влияния на ход реакции.

Максимально допустимое разведение испытуемого лекарственного средства

Максимально допустимое разведение (МДР) представляет собой наибольшее разведение испытуемого лекарственного средства, в котором возможно определение концентрации эндотоксина, соответствующей значению предельного содержания бактериальных эндотоксинов, установленному для данного лекарственного средства.

Испытуемое лекарственное средство может быть проверено в одном разведении или в серии разведений при условии, что конечная степень разведения не превысит значения МДР, которое рассчитывается по формуле:

«предельное содержание бактериальных эндотоксинов» — допустимое содержание бактериальных эндотоксинов в испытуемом лекарственном средстве, указанное в фармакопейной статье;

«концентрация испытуемого раствора» — концентрация лекарственного средства или действующего вещества, для которого указано предельное содержание бактериальных эндотоксинов

— чувствительность ЛАЛ-реактива, в ЕЭ/мл.

Для расчета предельного содержания бактериальных эндотоксинов используют следующую формулу:

К — пороговая пирогенная доза, равная 5 ЕЭ/кг в 1 час для испытуемого лекарственного препарата (если он вводится пациенту любым парентеральным путем, кроме интратекального). При интратекальном пути введения лекарственного препарата К составляет 0,2 ЕЭ/кг;

М — максимальная терапевтическая доза испытуемого лекарственного средства, вводимая в течение одного часа (выражается в мг, мл или ЕД на 1 кг массы тела).

Для радиофармацевтических лекарственных препаратов, вводимых внутривенно, предельное содержание бактериальных эндотоксинов рассчитывают как 175/V, где V – максимальная рекомендованная доза в мл. Для радиофармацевтических лекарственных препаратов, вводимых интратекально, предельное содержание бактериальных эндотоксинов равняется 14/V.

Для лекарственных препаратов, доза которых рассчитывается на м 2 поверхности тела (например, противоопухолевые препараты), пороговая пирогенная доза (К) составляет 100 ЕЭ/м 2 .

Гель-тромб тест (Методы А и В)

Гель-тромб метод позволяет установить наличие или измерить количественно концентрацию эндотоксинов в пробе. В результате реакции ЛАЛ-реактива с эндотоксином увеличивается вязкость реакционной смеси вплоть до формирования плотного геля.

Для обеспечения точности и достоверности испытаний заявленную чувствительность ЛАЛ-реактива следует подтвердить, а также провести испытание на наличие мешающих факторов, как описано в разделе «Предварительные анализы».

Процедура испытания

В круглодонные пробирки диаметром 10 мм вносят равные объемы испытуемого раствора и ЛАЛ-реактива (по 0,1 мл). Реакционные смеси аккуратно перемешивают и инкубируют при температуре 37 ± 1 °С в течение 60 ± 2 минут. Во время инкубирования следует избегать вибрации и ударов. По истечении указанного срока визуально регистрируют результаты как положительные или отрицательные. Положительная реакция (+) характеризуется образованием плотного геля, который не разрушается при аккуратном однократном переворачивании пробирки на 180°. Отрицательная реакция (–) характеризуется отсутствием такого геля.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ АНАЛИЗЫ

Подтверждение заявленной чувствительности ЛАЛ-реактива

Анализ проводят для каждой новой серии используемого ЛАЛ-реактива, а также при изменении условий эксперимента, используемых материалов и реактивов, способных повлиять на результаты теста.

Процедура испытания

Растворы C и D по схеме, приведенной в Таблице 1.

Таблица 1 — Схема эксперимента «

Растворы С – серия разведений КСЭ в воде для ЛАЛ-теста (проверка чувствительности ЛАЛ-реактива);

Раствор D

Опыт проводят, как описано в разделе «Процедура анализа» .

Результаты и интерпретация

• — для раствора D (отрицательный контроль) во всех повторностях получены отрицательные результаты;
• — для раствора С с концентрацией 2l, получены положительные результаты;
• — для раствора С с концентрацией 0,25l, получены отрицательные результаты.

Конечной точкой реакции для каждой из повторностей раствора С является положительный результат, полученный для раствора с наименьшей концентрацией КСЭ. По этим результатам рассчитывается среднее геометрическое значение чувствительности ЛАЛ-реактива по следующей формуле:

где:

– сумма логарифмов концентраций КСЭ в конечной точке реакции в каждой из повторностей;

f – число повторностей.

Заявленная чувствительность ЛАЛ-реактива считается подтвержденной и используется в дальнейших расчетах в том случае, если полученное в эксперименте значение чувствительности ЛАЛ-реактива, не менее 0,5 и не более 2.

Мешающие факторы

Испытуемое лекарственное средство может содержать мешающие факторы, усиливающие и/или ингибирующие реакцию ЛАЛ-реактива с бактериальными эндотоксинами. Обнаружить эти явления можно, сравнив способность используемого ЛАЛ-реактива реагировать с раствором КСЭ в воде для ЛАЛ-теста и в растворе испытуемого лекарственного средства в стандартных условиях проведения эксперимента.

Испытанию может быть подвергнуто лекарственное средство в любом разведении, не превышающем значения МДР. Используемые в данном анализе пробы испытуемого лекарственного средства (или его разведения) не должны содержать бактериальных эндотоксинов в определяемых в тесте количествах.

Процедура испытания

Для проведения анализа готовят растворы А – D по схеме, приведенной в Таблице 2.

Раствор А – испытуемое лекарственное средство в выбранном разведении (контроль отсутствия бактериальных эндотоксинов);

Растворы В – серия разведений КСЭ в растворе испытуемого лекарственного средства (выявление возможности ингибирования или усиления реакции);

Растворы С – серия разведений КСЭ в воде для ЛАЛ-теста (положительный контроль);

Раствор D – вода для ЛАЛ-теста (отрицательный контроль).

Таблица 2 — Схема эксперимента «Мешающие факторы»

Результаты и интерпретация

Результаты эксперимента считаются достоверными, если:Опыт проводят, как описано в разделе «Процедура анализа» .

– для растворов А и D получены отрицательные результаты во всех повторностях;

– для растворов С (положительный контроль) среднее геометрическое значение концентрации бактериальных эндотоксинов составляет не менее 0,5 и не более 2.

По результатам, полученным для каждой из повторностей растворов В , рассчитывают среднее геометрическое значение чувствительности ЛАЛ-реактива. Расчет проводят, как описано в разделе «Подтверждение заявленной чувствительности ЛАЛ-реактива» . Если полученное среднее значение оказалось не менее 0,5l и не более 2l, считают доказанным, что испытуемое лекарственное средство в выбранном разведении не содержит мешающих факторов, способных ингибировать и/или усиливать реакцию ЛАЛ-реактива с бактериальными эндотоксинами и оно может быть подвергнуто анализу на содержание бактериальных эндотоксинов.

Если обнаружено присутствие мешающих факторов для испытуемого лекарственного средства, которое проверялось в разведении, меньшем МДР, анализ повторяют в большем разведении, вплоть до разведения, равного МДР. В большинстве случаев дополнительное разведение испытуемого лекарственного средства способно устранить действие мешающих факторов. Использование ЛАЛ-реактива большей чувствительности позволяет увеличить степень разведения.

Действие мешающих факторов может быть преодолено соответствующей подготовкой образца, например, фильтрацией, нейтрализацией, диализом или температурной обработкой. Выбранный способ удаления мешающих факторов не должен изменять концентрацию бактериальных эндотоксинов в испытуемом лекарственном средстве, поэтому к раствору испытуемого лекарственного средства КСЭ известной концентрации добавляют перед проведением такой обработки, после чего проводят анализ «Мешающие факторы» . Если после обработки выбранным способом результаты анализа окажутся удовлетворительными, то испытуемое лекарственное средство может быть подвергнуто анализу на содержание бактериальных эндотоксинов.

Если испытуемое лекарственное средство нельзя освободить от мешающих факторов, оно не может быть исследовано на предмет содержания бактериальных эндотоксинов с помощью ЛАЛ-теста.

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ (Метод А)

Задачей этого анализа является подтверждение того, что содержание бактериальных эндотоксинов в испытуемом образце не превышает значения предельного содержания бактериальных эндотоксинов, указанного в фармакопейной статье.

Процедура испытания

Для проведения анализа готовят Растворы А – D по схеме, приведенной в Таблице 3.

Раствор А – испытуемое лекарственное средство в разведении, в котором отсутствуют мешающие факторы, или в большем разведении, не превышающем МДР;

Раствор В – испытуемое лекарственное средство в выбранном разведении, к которому добавлен КСЭ. Конечная концентрация эндотоксина в анализируемом растворе должна составлять 2 (положительный контроль испытуемого образца).

Раствор С – раствор КСЭ в воде для ЛАЛ-теста с конечной концентрацией 2 (положительный контроль).

Раствор D – вода для ЛАЛ-теста (отрицательный контроль).

Анализ проводят, как описано в разделе «Процедура анализа».

Таблица 3 — Схема эксперимента «Качественный анализ»

Результаты и интерпретация

Анализ считают достоверным, если:

– для раствора D (отрицательный контроль) получены отрицательные результаты в обеих повторностях,

– для раствора С (положительный контроль) во всех повторностях получены положительные результаты,

– для раствора В (положительный контроль испытуемого образца) в обеих повторностях получены положительные результаты.

Если для раствора А в двух повторностях получены отрицательные результаты, лекарственное средство считают выдержавшим испытания.

Если для испытуемого лекарственного средства в разведении, меньшем МДР, в двух повторностях получены положительные результаты, анализ следует повторить в большем разведении или в разведении, равном МДР.

Если для испытуемого лекарственного средства в разведении, равном МДР, в двух повторностях получены положительные результаты, то лекарственное средство не соответствует требованиям раздела «Бактериальные эндотоксины» фармакопейной статьи.

Если положительный результат получен в одной из повторностей для раствора А , то проводят повторный анализ. Лекарственное средство считается выдержавшим испытания, если в повторном анализе для двух повторностей получены отрицательные результаты.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ (Метод В)

Этим методом определяют содержание бактериальных эндотоксинов с помощью ряда последовательных разведений испытуемого лекарственного средства.

Процедура испытания

Для проведения анализа готовят Растворы A – D по схеме, приведенной в Таблице 4.

Растворы А – разведения испытуемого лекарственного средства, начиная с того разведения, в котором отсутствуют мешающие факторы, до наибольшего разведения, не превышающего МДР.

Раствор В – наименьшее разведение из серии разведений раствора А, к которому добавлен раствор КСЭ. Конечная концентрация эндотоксина в анализируемом растворе должна составлять 2 (положительный контроль испытуемого образца).

Растворы С – серия разведений КСЭ в воде для ЛАЛ-теста (положительный контроль).

Раствор D – вода для ЛАЛ-теста (отрицательный контроль).

Анализ проводят, как описано в разделе «Процедура анализа» .

Таблица 4 — Схема эксперимента «Количественный анализ»

Результаты и интерпретация

Анализ считают достоверным, если:

– для раствора D (отрицательный контроль) получены отрицательные результаты в двух повторностях,

– для растворов С (положительный контроль) среднее геометрическое значение концентрации бактериальных эндотоксинов составляет не менее 0,5и не более 2.

– для раствора В (положительный контроль испытуемого образца) получены положительные результаты в двух повторностях,

Для растворов А конечной точкой реакции является положительный результат, полученный для наибольшего разведения испытуемого лекарственного средства.

Значение произведения фактора этого разведения на величину чувствительности ЛАЛ-реактива (l) равно концентрации эндотоксина в растворе А , полученной для данной повторности. Среднее геометрическое значение концентрации эндотоксина рассчитывают, как описано в разделе «Подтверждение заявленной чувствительности ЛАЛ-реактива» .

Если во всех повторностях серии растворов А получены отрицательные результаты, то концентрация бактериальных эндотоксинов в испытуемом лекарственном средстве меньше величины произведения чувствительности ЛАЛ-реактива и наименьшего фактора разведения. Если во всех повторностях серии растворов А получены положительные результаты, то концентрация бактериальных эндотоксинов в испытуемом лекарственном средстве больше величины произведения чувствительности ЛАЛ-реактива и наибольшего фактора разведения.

Лекарственное средство считают выдержавшим испытание, если определенное в эксперименте среднее значение содержания бактериальных эндотоксинов менее значения предельного содержания бактериальных эндотоксинов, указанного в фармакопейной статье.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ (Методы C , D , E и F ) ТУРБИДИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ (C и F )

Турбидиметрические методы относятся к фотометрическим методам, основанным на измерении степени мутности реакционной смеси. В зависимости от принципа, положенного в основу проведения испытания, указанный метод может быть проведен как турбидиметрический тест по конечной точке, либо как турбидиметрический кинетический анализ.

Турбидиметрический тест по конечной точке (Метод F) основан на измерении степени мутности реакционной смеси в конце инкубационного периода, которая зависит от концентрации эндотоксина.

Турбидиметрический кинетический тест (Метод С) основан на определении скорости развития мутности реакционной смеси, измеряемой по времени, необходимому для достижения заданной величины оптической плотности.

ХРОМОГЕННЫЕ МЕТОДЫ (D и E)

Хромогенные методы используют для измерения количества хромофора, высвободившегося из хромогенного субстрата в результате реакции эндотоксинов с ЛАЛ-реактивом. В зависимости от принципа, положенного в основу испытания, этот метод может быть проведен как хромогенный тест по конечной точке или как хромогенный кинетический анализ.

Хромогенный тест по конечной точке (Метод Е) основан на измерении интенсивности окраски реакционной смеси, зависящей от количества хромофора, высвободившегося в конце инкубационного периода. Количество, выделившегося хромофора, зависит от концентрации эндотоксина.

В процессе испытания хромогенным кинетическим методом (метод D) определяют скорость развития окраски реакционной смеси, измеряемой по времени, необходимому для достижения заданной величины оптической плотности реакционной смеси.

Испытание проводят при температуре инкубирования, рекомендованной производителем ЛАЛ-реактива (обычно 37 ± 1°С).

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ АНАЛИЗЫ

Для подтверждения достоверности и точности испытания турбидиметрическим или хромогенным методом проводят предварительные анализы, позволяющие убедиться в достоверности критериев для стандартной кривой и в том, что испытуемый раствор не содержит факторов, мешающих проведению реакции.

При внесении любых изменений, способных повлиять на результаты эксперимента, требуется дополнительное подтверждение достоверности и точности испытания.

Проверка достоверности критериев стандартной кривой

Анализ проводят для каждой новой серии ЛАЛ-реактива.

Для построения стандартной кривой из исходного раствора КСЭ готовят не менее трех различных концентраций эндотоксина в соответствии с рекомендациями производителя ЛАЛ-реактива. Анализ проводят, как минимум, в трех повторностях в условиях, предусмотренных производителем ЛАЛ-реактива (объемные соотношения, время инкубирования, температура, рН и т.д.).

Если в кинетических методах необходимо построить стандартную кривую с диапазоном КСЭ, превышающим 2 lg величины концентрации эндотоксина для каждого изменения диапазона измерения на lg величины концентраций эндотоксина, в схему опыта необходимо включить раствор КСЭ соответствующей концентрации.

Для проверяемого диапазона концентраций эндотоксина абсолютное значение коэффициента корреляции |r| должно быть равно или более 0,980.

Мешающие факторы

Испытанию может быть подвергнуто лекарственное средство в любом разведении, не превышающем значения МДР.

Процедура испытания

Готовят растворы A – D, как указано в Таблице 5. Испытание растворов A, B, C и D проводят по меньшей мере в двух повторностях, в соответствии с рекомендациями производителя ЛАЛ-реактива (объемы и объемные соотношения испытуемого препарата и ЛАЛ-реактива, время инкубирования, температура, рН и т.д.).

Таблица 5 — Схема эксперимента «Мешающие факторы»

Раствор А - раствор испытуемого лекарственного средства в разведении, не превышающем значение МДР;

Раствор В - испытуемое лекарственное средство в выбранном разведении, к которому добавлен КСЭ. Конечная концентрация эндотоксина в анализируемом растворе должна соответствовать или быть близкой среднему значению концентраций КСЭ, использованных для построения стандартной кривой (положительный контроль испытуемого образца);

Растворы С - растворы КСЭ, используемые для построения стандартной кривой в тех же концентрациях, которые использовались при проведении анализа «Проверка достоверности критериев стандартной кривой» (положительный контроль);

Раствор D - вода для ЛАЛ-теста (отрицательный контроль).

– результаты, полученные для стандартной кривой (Раствор С) соответствуют требованиям достоверности, установленным в разделе «Проверка достоверности критериев для стандартной кривой»;

– результат, полученный для раствора D (отрицательный контроль) не превышает значения величины, указанной в инструкции к используемому ЛАЛ-реактиву или менее концентрации эндотоксина, определяемой используемым методом.

Полученное в опыте среднее значение концентрации добавленного эндотоксина рассчитывают, вычитая из среднего значения концентрации эндотоксина в растворе В (содержащего добавленный эндотоксин) среднее значение концентрации эндотоксина в растворе А (при его наличии).

Считают доказанным, что испытуемый раствор не содержит мешающих факторов, если в условиях испытания измеренная концентрация эндотоксина, добавленного в испытуемый раствор, составляет 50-200% от известной концентрации добавленного эндотоксина.

Если определенная в опыте концентрация эндотоксина не укладывается в заданные рамки, делают заключение, что испытуемый препарат содержит факторы, мешающие реакции. В этом случае опыт может быть повторен в большем разведении, вплоть до разведения, равного МДР. Помимо большего разведения испытуемого препарата, влияние мешающих факторов может быть преодолено соответствующей обработкой, например, фильтрацией, нейтрализацией, диализом или температурным воздействием. Выбранный способ удаления мешающих факторов не должен приводить к уменьшению концентрации бактериальных эндотоксинов в испытуемом лекарственном средстве, поэтому перед проведением такой обработки к испытуемому раствору следует сначала добавить раствор КСЭ известной концентрации, после чего повторить анализ «Мешающие факторы». Если после обработки выбранным способом результаты анализа окажутся удовлетворительными, то испытуемое лекарственное средство может быть подвергнуто анализу на содержание бактериальных эндотоксинов.

Проведение испытания

Процедура испытания

Испытание проводят в соответствии с методикой, приведенной в разделе «Мешающие факторы».

Результаты

Для раствора А в каждой повторности определяют концентрацию эндотоксинов, используя стандартную кривую, полученную на основании серий разведений КСЭ (Раствор С ).

Испытание считают достоверным, если соблюдены следующие условия:

1. результаты, полученные для стандартной кривой (Растворы С ), соответствуют требованиям достоверности, установленным в разделе «Проверка достоверности критериев для стандартной кривой »;
2. определенная в опыте концентрация эндотоксина, добавленного к раствору B после вычитания значения концентрации эндотоксина, определённого в растворе А , находится в пределах от 50 до 200% от известной величины;
3. результат, полученный для раствора D (отрицательный контроль), не превышает значения величины, указанной в инструкции к используемому ЛАЛ-реактиву или менее концентрации эндотоксина, определяемой используемым методом.

Интерпретация результатов

Лекарственное средство считают выдержавшим испытание, если определенное в эксперименте среднее значение содержания бактериальных эндотоксинов в повторностях раствора А (с учетом разведения и концентрации испытуемого лекарственного средства) менее значения предельного содержания бактериальных эндотоксинов, указанного в фармакопейной статье.

Примечание: Контрольный стандарт эндотоксина и ЛАЛ-реактив или ТАЛ-реактив должны быть зарегистрированы в МЗ РФ.

GPM.1.2.4.0006.15 Bacterial endotoxins

Ministry of Health of the Russian Federation

General Pharmacopoeia Monograph

Bacterial endotoxins GPM .1.2.4.0006.15
Replaces the State Pharmacopoeia of the Russian Federation XII, Part 1 Monograph, GPM 42-0062-07

The present General Pharmacopoeia Monograph describes the methods used to detect bacterial endotoxins in medicinal products designed for parenteral administration and drug substances used to manufacture such products.

The bacterial endotoxins assay is carried out using a reagent, which presents a lysate of blood cells (amoebocytes) from horseshoe crab: Limulus polyphemus (LAL-reagent) or Tachypleus tridentatus (TAL-reagent ). LAL reagents interact specifically with bacterial endotoxins. As a result of an enzymatic reaction, the reactant mixture undergoes a change proportionate to the concentration of the endotoxin.

There are three major methodological approaches to performing this test: the gel clot assay based on gel formation; the turbidimetric principle in which the reactant mixture becomes turbid after degradation of the substrate contained in the LAL reagent; and the chromogenic principle based on the colour induced by degradation of a synthetic peptide – chromogenic complex.

The present Pharmacopoeia Monograph describes the following six tests based on the aforementioned principles:

– Qualitative gel clot assay (Method А);

– Quantitative gel clot assay (Method В);

– Turbidimetric kinetic test (Method С);

– Chromogenic kinetic test (Method D);

– Chromogenic endpoint assay (Method Е);

– Turbidimetric endpoint assay (Method F).

The test may be performed using any of the six aforementioned methods. In case of any doubts or discrepancies, the final conclusion should be made on the basis of results obtained using Method A.

Laboratory utensils and their preparation

Glass and plastic laboratory ware used in the LAL-test should not contain bacterial endotoxins in quantities detected in this test, and should not affect the course of the reaction.

The recommended depyrogenation regimen is heating at temperature 250 °C over at least 30 minutes in accordance with the validated procedure.

Endotoxin standards

Content of bacterial endotoxins is expressed in Endotoxin Units (EU) of the International Endotoxin Standard. One endotoxin International Unit (IU) corresponds to one EU.

Analysis may also be based on the Endotoxin Reference Standard (ERS); its activity is established according to the International Standard for endotoxins. An Endotoxin Reference Standard should be designed for testing a particular LAL-reagent (TAL-reagent) lot . Dissolution and storage of the ERS are carried out according to the manufacturer’s Instructions for Use.

LAL reagent

The LAL-reagent designed for the selected bacterial endotoxins testing method should be used.

LAL-reagent sensitivity (λ) is expressed in endotoxin units , and corresponds to the minimum International Endotoxin Standard concentration that promotes the formation of a dense gel when reacting with the particular LAL-reagent (Methods А and В) or corresponds to the minimum value point on the standard curve (Methods С, D, E, and F).

Dissolution of the lyophilized LAL-reagent and its storage are carried out in accordance with the manufacturer’s Instructions for Use.

Note: Apart from endotoxins, a LAL reagent may also react with some β -glycans, and therefore a specific LAL reagent deprived of the G-factor, which reacts with glycans, may be employed. Use of accessorial solutions that block the G factor reacting system is allowed as well. These reagents may be used for the determination of endotoxins in the presence of glycans.

Water for LAL testing

Water for LAL-testing is used for preparation of all reagents and dilutions of the tested medicinal product. Water for LAL-testing should comply with the requirements established for Water for Injections, and it should not contain bacterial endotoxins in quantities detectable by the test.

Preparation of the tested sample

Every selected sample should be tested individually.

Water for LAL-testing is used to dissolve and / or dilute the tested medicinal product, unless otherwise specified in the Pharmacopoeia Monograph. The tested solution should have its pH value within the range specified by the manufacturer of the LAL-reagent, most commonly 6.0 – 8.0. When necessary, the pH value of the tested solution is adjusted using acidic or basic solutions, or a buffer solution. The employed solutions should not contain bacterial endotoxins in quantities detectable by the test, and should not affect the course of the reaction.

Maximum acceptable dilution of the tested medicinal product

The maximum acceptable dilution (MAD) is the highest dilution of the tested medicinal product in which the endotoxin concentration corresponding to the maximum content of bacterial endotoxins approved for the particular medicinal product can be detected.

The tested medicinal product can be tested either in one dilution or in a series of dilutions, provided that the final dilution does not exceed the MAD value, which is calculated according to the following equation:

where: “maximum content of bacterial endotoxins ” is the admissible content of bacterial endotoxins in the tested medicinal product, as specified in the Pharmacopoeia Monograph;

“concentration of the tested solution ” is the concentration of the medicinal product or active ingredient for which the maximum content of bacterial endotoxins is established;

λ is the sensitivity of the LAL reagent (EU/mL).

The following equation is used to calculate the maximum content of bacterial endotoxins:

where: K — is the threshold pyrogenic dose equal to 5 EU/kg per hour for the tested medicinal product (if the latter is administered to patients through any parenteral route, except for the intrathecal route). If the drug is administered through the intrathecal route, the K value is 0.2 EU/kg;

М — maximum therapeutic dose of the tested medicinal product administered over a period of one hour (expressed in mg, mL, or units per kg of body weight).

For radiopharmaceutical medicinal products administered intravenously, the maximum content of bacterial endotoxins is calculated as 175 / V, where V is the maximum recommended dose (mL). For radiopharmaceutical medicinal products administered intrathecally, the maximum content of bacterial endotoxins is calculated as 14 / V.

If doses of the medicinal product are expressed per square metre of body surface area (such as antineoplastic drugs), the threshold pyrogenic dose (K) is set at 100 EU/m 2 .

Gel clot assay (Methods А and В )

The gel clot method permits detection or quantification of endotoxins in a sample. The reaction between the LAL reagent and the endotoxin results in an increase in the viscidity of the reaction mixture until a dense gel is formed.

To ensure accuracy and reliability of test results, the claimed sensitivity of the LAL reagent should be verified, and a test for the presence of interfering factors should be performed as described in the “Preparatory testing ” section.

Procedure description. Transfer equal volumes of the tested solution and the LAL-reagent (0.1 mL of each) into round-bottomed test tubes with a diameter of 10 mm. Mix carefully the reaction mixtures, and incubate at temperature 37 ± 1 °C over 60 ± 2 minutes. During incubation, vibration and mechanical shocks should be avoided. After the specified period of time, results are assessed by visual examination as positive or negative. A positive reaction (+) is characterized by the formation of a dense gel, which is not destroyed by a single careful 180° turn of the test tube. A negative reaction (-) is characterized by the absence of such gel.

PREPARATORY TESTING

This analysis is carried out for each new batch of the used LAL-reagent, as well as upon any changes in the experimental conditions, used materials and reagents that could have an effect on test results.

Procedure description. For this test, solutions C and D are prepared in accordance with the requirements of Table 1.

Table 1 – Experiment design, “Confirmation of the claimed LAL-reagent sensitivity”

The Solutions C series consists of ERS dilutions in Water for LAL-testing (LAL-reagent sensitivity verification);

Solution D

The test is carried out as described in the “Procedure description” section.

Results and interpretation An analysis is considered valid if the following conditions are fulfilled:

— for Solution D (negative control) — negative results are obtained in all test replicates;

— for Solution C with the 2λ concentration – positive results are obtained;

— for Solution C with the 0.25λ concentration – negative results are obtained.

The reaction end-point for each replicate of the Solutions C series is a positive result obtained for the solution with the lowest ERS concentration. These results are used to calculate the geometric mean value of LAL-reagent sensitivity; the calculation is performed according to the following equation:

Geometric mean of ERS concentrations at reaction end-point

=

antilog (),

where: e is the sum of logarithms of the ERS concentrations at reaction end-points in each of the replicates;

f is the number of replicates.

The claimed LAL-reagent sensitivity is considered validated and can be used in subsequent calculation, provided that the LAL-reagent sensitivity value obtained in the test is not below 0.5λ and does not exceed 2λ.

Interfering factors

The tested medicinal product may contain interfering factors intensifying and / or inhibiting the reaction of the LAL-reagent with the bacterial endotoxins. These events may be recognized through comparison of the ability of the used LAL-reagent to react with the ERS solution in Water for LAL-testing and in the solution of the tested medicinal product under the standard experimental conditions.

A medicinal product may be tested in any dilution not exceeding the MAD value. The samples of the tested medicinal product (or its dilution) used in this analysis should not contain bacterial endotoxins in quantities detectable by the test.

Procedure description . For this analysis, Solutions A – D are prepared according to the requirements included in Table 2.

Solution A – the tested medicinal product in the selected dilution (control for the absence of bacterial endotoxins).

Solutions B – the series of ERS dilutions in the solution of the tested medicinal product (test detecting the possibility of reaction inhibition or intensification).

Solutions C

Solution D – Water for LAL-testing (negative control).

Table 2 –

This test should be carried out as described in the “Procedure description ” section.

Results and interpretation. A test may be considered reliable if the following conditions are fulfilled:

• for Solutions A and D — negative results are obtained in all replicates;
• for Solutions C (positive control) – the geometric mean value of the bacterial endotoxins concentration should be not less than 0.5λ and not more than 2λ.

Results obtained in each replicate of the Solutions B series are employed to calculate the geometric mean value of LAL-reagent sensitivity. The calculation is carried out as described in the “Confirmation of the claimed LAL-reagent sensitivity ” section. If the obtained mean sensitivity value is not less than 0.5λ and not more than 2λ, this means that the tested medicinal product in the particular dilution does not contain any interfering factors capable of inhibition and / or intensification of the reaction of the LAL-reagent with bacterial endotoxins, and it therefore may be analyzed for bacterial endotoxins content.

If a presence of interfering factors has been demonstrated for the tested medicinal product analyzed in a dilution lower than the MAD, the test should be repeated for a higher dilution, up to the dilution equal to the MAD. In most cases, additional dilution of the tested medicinal product is capable of eliminating the effects of interfering factors. The use of a LAL-reagent with a higher sensitivity will allow to increase the degree of dilution.

The effects of interfering factors can be overcome with appropriate sample preparation, such as filtration, neutralization, dialysis, or temperature processing. The method selected to remove interfering factors should not change the concentration of bacterial endotoxins in the tested medicinal product, and therefore the ERS with the known concentration is added to the solution of the tested medicinal product before such processing, while the Interfering Factors analysis is carried out afterwards. If the selected method of processing is associated with satisfactory results of the Interfering Factors test, the tested medicinal product may be analyzed for bacterial endotoxins content.

If the interfering factors cannot be removed from the tested medicinal product, the latter cannot be tested for bacterial endotoxins content using the LAL-test.

QUALITATIVE ANALYSIS (Method А)

The objective of this analysis is to demonstrate that the content of bacterial endotoxins in the tested medicinal product sample does not exceed the Maximum Content of Bacterial Endotoxins specified in the Pharmacopoeia Monograph.

Procedure description. For this analysis, Solutions A – D should be prepared according to the requirements presented in Table 3.

Solution A – the tested medicinal product in the dilution containing no interfering factors, or in a higher dilution, provided that it does not exceed the MAD value.

Solution B – the tested medicinal product in the selected dilution, with the Endotoxin Reference Standard added. The final endotoxin concentration in the analyzed solution should be 2λ (positive control of the tested medicinal product).

Solution C – the ERS solution in Water for LAL-testing with final concentration 2λ (positive control).

Solution D – Water for LAL-testing (negative control).

Table 3 — Experiment design, “Qualitative analysis”

Results and interpretation .

• for Solution D
• for Solution C (positive control) – positive results are obtained in all replicates;
• for Solution B (positive control of the tested sample) — positive results are obtained in both replicates.

If negative results are obtained for Solution A in both replicates, the medicinal product complies with the requirements of the test.

If a positive result is obtained for both replicates for the tested medicinal product’s dilution less than the MAD, the test should be repeated for a higher dilution or the dilution equal to the MAD.

If a positive result is obtained for both replicates for the tested medicinal product’s dilution equal to the MAD, such medicinal product does not comply with the requirements of the Bacterial Endotoxins Section of the Pharmacopoeia Monograph.

If a positive result is obtained for one of the replicates for Solution A , a repeat test should be carried out. If negative results are obtained for both replicates in the second test, such medicinal product has passed the test.

QUANTITATIVE ANALYSIS (Method В)

This method serves to determine the content of bacterial endotoxins using a series of successive dilutions of the tested medicinal product.

Procedure description. For this analysis, Solutions A – D should be prepared according to the requirements presented in Table 4.

Solutions A – the dilutions of the tested medicinal product, beginning from the dilution containing no interfering factors to the highest dilution not exceeding the MAD value.

Solution B – the lowest dilution of the Solution A serial dilutions to which the ERS solution was added. The final endotoxin concentration in the analyzed solution should be 2λ (positive control of the tested sample).

Solutions C – the series of ERS dilutions in Water for LAL-testing (positive control).

Solution D – Water for LAL-testing (negative control).

This analysis is carried out as described in the “Procedure description” section.

Table 4 — Experiment design, “Quantitative analysis”

Results and interpretation. A test should be considered reliable if the following conditions are fulfilled:

• for Solution D (negative control) – negative results are obtained in both replicates;
• for the Solutions C series (positive control) — the geometric mean value of the bacterial endotoxins concentration should be not less than 0.5λ and not more than 2λ;
• for Solution B (positive control of the tested sample) – positive results are obtained in two replicates;
• for the Solutions A series – the reaction end-point is a positive result obtained for the highest dilution of the tested medicinal product.

The respective dilution factor multiplied by the LAL-reagent sensitivity value (λ) is equal to the endotoxin concentration in Solution A obtained for this particular replicate.

The geometric mean value of the endotoxin concentration is calculated as described in the “Confirmation of the claimed LAL-reagent sensitivity ” section.

If negative results are obtained for all replicates of the Solutions A series, the bacterial endotoxins concentration in the tested medicinal product is below the LAL-reagent sensitivity value multiplied by the lowest dilution factor. If positive results are obtained for all replicates of the Solutions A series, the bacterial endotoxins concentration in the tested medicinal product is above the LAL-reagent sensitivity value multiplied by the highest dilution factor.

A medicinal product has passed the test if the mean bacterial endotoxins content value produced by the test is below the Maximum Content of Bacterial Endotoxins value specified in the Pharmacopoeia Monograph.

PHOTOMETRIC METHODS (Methods C, D, E, and F)

TURBIDIMETRIC METHODS (C and F)

Turbidimetric methods are a variant of photometric methods based on measurement of the turbidity of the reaction mixture. Depending on the principle underlying the test, this method may be conducted either as an endpoint turbidimetric test or a kinetic turbidimetric assay.

The endpoint turbidimetric test (Method F) is based on measurement of the turbidity of the reaction mixture at the end of the incubation period, which depends on the endotoxin concentration.

The kinetic turbidimetric assay (Method С) is based on determination of the turbidity development rate of the reaction mixture evaluated by the time required to achieve a target optical density value.

CHROMOGENIC METHODS (D and E)

Chromogenic methods are used to determine the amount of the chromophore released from a chromogenic substrate as a result of the reaction between endotoxins and the LAL reagent. Depending on the principle underlying the test, this method may be conducted either as an endpoint chromogenic test or a kinetic chromogenic assay.

The endpoint chromogenic test (Method E) is based on measurement of the colour intensity of the reaction mixture, which depends on the amount of the chromophore released at the end of the incubation period. The amount of the released chromophore depends on the endotoxin concentration.

During the kinetic chromogenic assay (Method D), the rate at which the colour of the reaction mixture develops is determined; it is evaluated by the time required to achieve a target reaction mixture optical density value.

This test is conducted at the incubation temperature recommended by the manufacturer of the LAL reagent (usually 37 ± 1 °С).

PREPARATORY TESTING

To demonstrate the accuracy and reliability of test results obtained with the turbidimetric or chromogenic method, preliminary tests should be carried out to make sure that the standard curve criteria are reliable and that the tested solution contains no factors interfering with the course of the reaction.

Any changes that can have an effect on results of this experiment require additional confirmation of the reliability and accuracy of this test.

This analysis should be carried out for each new LAL reagent batch.

To obtain a standard curve, not less than three different concentrations of the endotoxin should be prepared from the stock ERS solution in accordance with the recommendations of the LAL reagent’s manufacturer. The test should be performed with at least replicates, under the conditions recommended by the manufacturer of the LAL reagent (volume ratios, incubation time, temperature, pH value, etc.).

If the procedure of a kinetic method necessitates a standard curve with an ERS range exceeding 2 lg of the endotoxin concentration value for each measurement range change of an endotoxin concentration value lg, an ERS solution of the appropriate concentration should be included in the design of this experiment.

The absolute correlation coefficient |r| value for the examined endotoxin concentration range should be equal to or more than 0.980.

Interfering factors

The test may be performed on any medicinal product in any dilution not exceeding the MAD value.

Procedure description. Solutions A – D should be prepared as specified in Table 5. Solutions A, B, C, and D should be tested on at least two replicates, in accordance with the recommendations of the LAL reagent’s manufacturer (volumes and volume ratios of the tested medicinal product and the LAL reagent, incubation time, temperature, pH value, etc.).

Table 5 — Experiment design, “Interfering factors”

Solution А - the solution of the tested medicinal product in a dilution not exceeding the MAD value;

Solution В - the tested medicinal product in the selected dilution upon addition of the ERS. The final endotoxin concentration of the analyzed solution should be equal or close to the mean value for the ERS concentrations used to plot the standard curve (positive control of the tested sample);

Solutions С - the ERS solutions used to plot the standard curve, at the same concentrations that were used during the «Standard curve criteria reliability check » (positive control);

Solution D - Water for LAL testing (negative control).

– results obtained for the standard curve (Solution С) meet the reliability criteria established for the «Standard curve criteria reliability check» section;

– the result obtained for Solution D (negative control) does not exceed the value specified in the Instructions for Use of the LAL reagent used or is lower than the endotoxin concentration detected by the method used.

The experimental mean concentration of the added endotoxin is calculated by subtracting the mean endotoxin concentration of Solution А (if available) from the mean endotoxin concentration of Solution В (containing the added endotoxin).

The tested solution is considered to be demonstrated to contain no interfering factors if the measured concentration of the endotoxin added to the tested solution is 50 % to 200 % of the known concentration of the added endotoxin under the test conditions.

If the endotoxin concentration determined in the experiment lies outside of the established limits, a conclusion is made that the tested medicinal product contains factors interfering with the reaction. In this case, the test may be repeated at a higher dilution, up to the dilution equal to the MAD. Apart from higher dilutions of the tested medicinal product, the effects of interfering factors may be overcome by appropriate processing, such as filtration, neutralization, dialysis, or temperature processing. The method chosen to eliminate interfering factors should not decrease the concentration of bacterial endotoxins in the tested medicinal product, therefore the ERS solution of the known concentration should first be added to the tested solution before such processing, and afterwards the «Interfering factors» analysis should be repeated. If test results obtained after the selected type of processing are deemed satisfactory, the tested medicinal product may be analyzed for the content of bacterial endotoxins.

Test procedure

Procedure description. The test should be carried out in accordance with the procedure description included in the «Interfering factors» section.

Results . The endotoxin concentration should be determined for each replicate of Solution А using the standard curve obtained using the ERS serial dilutions (Solution С ).

Test results are considered reliable if the following conditions are fulfilled:

1. results obtained for the standard curve (Solutions С ) meet the reliability criteria established for the «Standard curve criteria reliability check» section;
2. the experimental concentration of the endotoxin added to Solution B after subtracting the endotoxin concentration value found for Solution А lies in the range of 50 % to 200 % of the known value;
3. the result obtained for Solution D (negative control) does not exceed the value specified in the Instructions for Use of the LAL reagent used or is lower than the endotoxin concentration detected by the method used.

Interpretation of results. A medicinal product passes the test if the experimental mean content of bacterial endotoxins found for the Solution А replicates (adjusted for the dilution and concentration of the tested medicinal product) is lower than the bacterial endotoxins content upper limit specified in the Pharmacopoeia Monograph.

Выделяются в окружающую среду в процессе жизнедеятельности микроорганизма. Эндотоксины прочно связаны с бактериальной клеткой и выделяются в окружающую среду после гибели клетки.

Свойства эндо и экзотоксинов.

Экзотоксины образуют возбудители так называемых токсинемических инфекций, к которым относятся дифтерия , столбняк , газовая гангрена , ботулизм , некоторые формы стафилококковых и стрептококковых инфекций.

Некоторые бактерии одновременно образуют как экзо-,так и эндотоксины (кишечная палочка, холерный вибрион).

Получение экзотоксинов.

1) выращивание токсигенной (образующей экзотоксин) культуры в жидкой питательной среде;

2) фильтрование через бактериальные фильтры (отделение экзотоксина от бактериальных клеток); можно использовать другие способы очистки.

Экзотоксины используют затем для получения анатоксинов.

Получение анатоксинов.

1) к раствору экзотоксина (фильтрату бульонной культуры токсигенных бактерий) добавляют 0,4% формалин и выдерживают в термостате при 39-40°С 3-4 недели; происходит потеря токсичности, но антигенные и иммуногенные свойства сохраняются;

2) добавляют консервант и адъювант.

3) общая физиологическая реактивность организма; она определяется физиологическими особенностями макроорганизма, характером обмена веществ, функцией внутренних органов, эндокринных желез, особенностями иммунитета.

На общую физиологическую реактивность влияют :

а) пол и возраст : существуют детские инфекции (скарлатина, коклюш, корь, паротит), в преклонном возрасте тяжело протекает пневмония, во врем беременности женщины более чувствительны к стафилококковым и стрептококковым инфекциям, до 6 месяцев дети устойчивы к многим инфекциям, т.к. получают антитела от матери;

б) состояние нервной системы : угнетение нервной системы способствует более тяжелому течению инфекции; психические расстройства снижают регулирующую функцию ЦНС;

в) наличие соматических заболеваний (диабет, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек);

г) состояние нормальной микрофлоры , представители которой обладают антагонистическими свойствами;

д) питание : при недостаточном и неполноценном питании люди чаще подвержены инфекционным заболеваниям (туберкулез, дизентерия, холера), при этом наибольшее значение имеют белковые компоненты пищи, витамины и микроэлементы, так как они необходимы для синтеза антител и поддержания активного фагоцитоза; в результате голодания может быть утрачен не только индивидуальный, но и видовой иммунитет; недостаток витаминов приводит к нарушению обмена веществ, что снижает сопротивляемость к инфекциям;

е) иммунобиологические особенности организма, т.е. устойчивость естественных защитных факторов.

В одно из царств живой природы входят одноклеточные живые организмы, выделенные в отдел Бактерии. Большинство их видов вырабатывают особые химические соединения - экзотоксины и эндотоксины. Их классификация, свойства и влияние на организм человека будут изучены в данной статье.

Что такое токсины

Вещества (в основном белковой или липополисахаридной природы), выделяемые в межклеточную жидкость после ее гибели - это бактериальные эндотоксины. Если живой прокариотический организм продуцирует ядовитые вещества в клетку хозяина, то в микробиологии такие соединения называют экзотоксинами. Они оказывают разрушающее действие на ткани и органы человека, а именно: инактивируют ферментативный аппарат на клеточном уровне, нарушают обмен веществ. Эндотоксин - это яд, оказывающий поражающее действие на живые клетки, причем концентрация его может быть очень малой. В микробиологии известно около 60 соединений, выделяемых бактериальными клетками. Рассмотрим их более подробно.

Липополисахаридная природа бактериальных ядов

Учеными установлено, что эндотоксин - это продукт расщепления внешней мембраны Он представляет собой комплекс, состоящий из сложного углевода и липида, взаимодействующий с конкретным видом клеточных рецепторов. Такое соединение состоит из трех частей: липида А, молекулы олигосахарида и антигена. Именно первый компонент, попадая в кровоток, вызывает наибольший повреждающий эффект, сопровождаемый всеми признаками тяжелого отравления: диспептическими явлениями, гипертермией, поражениями центральной нервной системы. Заражение крови эндотоксинами происходит настолько стремительно, что в организме развивается септический шок.

Еще один структурный элемент, входящий в эндотоксин - это олигосахарид, содержащий гептозу - C 7 H 14 O 7 . Поступая в кровяное русло, центральный дисахарид также может вызывать интоксикацию организма, но в более легкой форме, чем случае попадания в кровь липида А.

Последствия влияния эндотоксинов на организм человека

Наиболее распространенными последствиями действия бактериальных ядов на клетки являются тромбогеморрагический синдром и септический шок. Первый вид патологии возникает вследствие поступления в кровь веществ - токсинов, снижающих ее свертываемость. Это приводит к многочисленным повреждениям органов, состоящих из соединительной ткани - паренхимы, таких, например, как легкие, печень, почки. В их паренхиме происходят множественные кровоизлияния, а в тяжелых случаях - кровотечения. Другой вид патологии, возникающий в результате действий бактериальных ядов - это септический шок. Он приводит к нарушениям крово- и лимфообращения, последствиями которого являются нарушения транспортировки кислорода и питательных веществ к жизненно важным органам и тканям: головному мозгу, легким, почкам, печени.

У человека резко нарастают угрожающие для жизни симптомы, такие как стремительное падение кровяного давления, гипертермия и быстроразвивающаяся острая сердечно-сосудистая недостаточность. Срочное медицинское вмешательство (проведение гормональной и антибиотикотерапии) купирует действие эндотоксина и быстро выводит его из организма.

Отличительные особенности экзотоксинов

Прежде чем выяснить специфику этого вида бактериальных ядов, напомним, что эндотоксин - это один из компонентов лизата клеточной стенки погибшей грамотрицательной бактерии. Экзотоксины синтезируются живыми как грамположительными, так и грамотрицательными. С точки зрения химического строения, они являются исключительно белками с небольшой молекулярной массой. Можно сказать, что основные клинические проявления, возникающие в процессе инфекционных болезней, вызваны именно поражающим действием экзотоксинов, которые образуются вследствие метаболизма самой бактерии.

Микробиологическими исследованиями доказана более высокая вида бактериальных ядов, по сравнению с эндотоксинами. Возбудители столбняка, коклюша, дифтерии вырабатывают ядовитые вещества белковой природы. Они обладают термолабильностью и разрушаются при нагревании в диапазоне от 70 до 95 градусов Цельсия в течение 12-25 минут.

Виды экзотоксинов

Классификация такого типа бактериальных ядов построена по принципу их влияния на структуры клетки. Например, различают мембранотоксины, они разрушают оболочку клетки хозяина или нарушают диффузию и ионов, проходящих через мембранный бислой. Также существуют цитотоксины. Это яды, действующие на гиалоплазму клетки и нарушающие реакции ассимиляции и диссимиляции, протекающие в клеточном метаболизме. Другие соединения - яды «работают», как ферменты, например, гиалуронидаза (нейроминидаза). Они подавляют работу иммунной системы человека, то есть инактивируют выработку В лимфоцитов, моноцитов и макрофагов в лимфатических узлах. Так протеазы разрушают защитные антитела, а лецитиназа расщепляет лецитин, входящий в состав нервных волокон. Это приводит к нарушению проведения биоимпульсов, и, как следствие, к снижению иннервации органов и тканей.

Цитотоксины могут действовать как детергенты, при этом происходит разрушение целостности липидного слоя мембраны клетки хозяина. Более того, они способны разрушать, как отдельные клетки организма, так и их ассоциаты - ткани, вызывая образование биогенных аминов, являющихся продуктами метаболических реакций и проявляющими токсические свойства.

Механизм действия бактериальных ядов

Микробиологическими исследованиями установлено, что эндотоксин - это комплексная структура, содержащая 2 молекулярных центра. Первый прикрепляет ядовитое вещество к специфическому рецептору клетки, а второй, расщепляя её мембрану, попадает непосредственно в гиалоплазму клетки. В ней токсин блокирует реакции обмена веществ: биосинтез белков, происходящий в рибосомах, синтез молекул АТФ, осуществляемый митохондриями, репликацию нуклеиновых кислот. Высокая вирулентность бактериальных пептидов, с точки зрения химического строения их молекул, объясняется тем, что некоторые локусы токсина маскируются под пространственную структуру веществ в клетке, таких как нейромедиаторов, гормонов и ферментов. Это позволяет токсину «обходить систему клеточной защиты» и стремительно проникать в её цитоплазму. Таким образом, клетка оказывается безоружной перед бактериальной инфекцией, так как теряет способность к образованию собственных защитных веществ: интерферона, гамма-глобулинов, антител. Нужно отметить, что свойства эндотоксинов и экзотоксинов схожи в том, что оба вида бактериальных ядов воздействуют на конкретные клетки организма, то есть обладают высокой специфичностью.

Растворимых соединений, секретируемых живой бактериальной клеткой.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Свобода от ГНИЕНИЯ

✪ Гонорея (триппер) 👫😱

✪ Аюрведа. Гуггул.

Субтитры

Липополисахарид

Основным примером эндотоксинов является липополисахарид или липоолигосахарид. Липополисахарид грам-отрицательных бактерий настолько глубоко исследован и настолько широко применяется как эндотоксин, что часто термины эндотоксин и липополисахарид используются как синонимы.

Эндотоксин. Эндотоксиновая агрессия

Наличие гликолипида в молекуле различных по происхождению эндотоксинов определяет общность их биологических свойств. Физиологические концентрации эндотоксин колеблются в весьма широком диапазоне (от близкой к нулю до 1,0 EU/ml) и имеют неуклонную тенденцию к увеличению с возрастом. В физиологических условиях 5-7% циркулирующих лейкоцитов несут на своей поверхности ЛПС. Рецепторныйкомплекс CD14/TLR4/MD2, присутствующий на макрофагах и многих других клетках организма, связывает ЛПС.
Исход реакции ЛПС с клетками макроорганизма зависит от его концентрации. Умеренная активация клеток и систем при низких дозах эндотоксина с увеличением дозы переходит в гиперактивацию, которая сопровождается усиленной продукцией воспалительных цитокинов , усиленной активацией системы комплемента и факторов свертывания крови, что может заканчиваться развитием таких грозных осложнений, как диссеминированное внутрисосудистое свертывание (ДВС), эндотоксиновый шок и острая полиорганная недостаточность. При избыточном поступлении в системный кровоток эндотоксина в условиях относительной недостаточности ЛПС-связывающих факторов, а также при недостаточности ЛПС выделяющих систем (в первую очередь почек) эндотоксин может проявлять свои многочисленные патогенные свойства. Факт участия избытка ЛПС в патогенезе различных заболеваний, назван «эндотоксиновой агрессией». Причины развития эндотоксиновой агрессии очень разнообразны: наиболее частая - стресс , а также любые патологические процессы, приводящие к повышению проницаемости кишечного барьера (пищевые отравления и острые кишечные инфекции, алкогольный эксцесс и дисбактериоз, непривычно жирная и острая пища, острые вирусные инфекции, шок и др.), портальная гипертензия и заболевания печени, хроническая и острая почечная недостаточность (поскольку именно почки служат основным ЛПС-выводящим органом).
Доступным и безопасным методом нормализации уровня эндотоксина в крови является энтеросорбция. Энтеросорбент в кишечнике связывает эндотоксин и снижает его поступление через энтерогематический барьер. Эффективность энтеросорбции значительно возрастает, если энтеросорбент одновременно способствует восстановлению поврежденного кишечного барьера .

Другие эндотоксины

Примером иных, нежели липополисахарид, эндотоксинов может служить инсектицидный дельта-токсин грам-положительной Bacillus thuringiensis . Этот токсин является белком, который синтезируется бациллой при спорообразовании и образует кристаллы в бактериальной споре. При поедании растения с такими спорами личинками насекомых протеолиз этого белка приводит к образованию специфического белкового продукта, который встраивается в мембрану эпителиальных клеток кишечника личинки и образует катионный канал, вызывая лизис клеток и смерть. Дельта-токсин безвреден для человека, так как для проявления цитотоксичности требует специфической активации.

Токсические вещества, синтезируемые бактериями, по химической природе относятся к белкам (экзотоксины) и ЛПС (эндотоксины) – локализуются в стенке Б!! и освобождаются только после их разрушения.

Эндотоксины. К ним относятся липополисахариды (ЛПС), которые содержатся в клеточной стенке грамотрицательных бак­терий. Токсические свойства определяются всей молекулой ЛПС , а не отдельными ее частями: ПС или липидом А. Хорошо изучены эндотоксины энтеробактерий (эшерихии, шигеллы и сальмонеллы, бруцеллы, туляремийные бактерии).

ЛПС (эндотоксины) в отличие от экзотоксинов более устойчивы к повышенной t°С, менее ядовиты и малоспецифичны. При введении в Ò подопытных Ж!! вызывают примерно одинаковую реакцию, независимую от того, из каких гр– Б!! они выделены. При ВВЕДЕНИИ БОЛЬШИХ ДОЗ наблюдается угнетение фагоцитоза, явления токсикоза, слабость, одышка, расстройством кишечника (диарея), падением деятель­ности и ↓ t°С тела. При введении НЕБОЛЬШИХ ДОЗ – обратный эффект: стимуляция фагоцитоза, t°С тела.

У ЛЮДЕЙ поступление эндотоксинов в кровяное русло приво­дит к лихорадке в результате их действия на клетки крови (гранулоциты, моноциты), из которых выделяются эндогенные пирогены. Возникает ранняя лейкопения , которая сменяется вторичным лейкоцитозом . Усиливается гликолиз Þ может возникнуть гипо­гликемия. Также развивается гипотония (по­ступление в кровь количества серотонина и кининов), нарушается кровоснабжение органов и ацидоз.

ЛПС активирует фракцию С3 комплемента по АЛЬТЕРНАТИВНОМУ ПУТИ Þ ↓ его содержания в сыворотке и накопление биологически активных фракций (С3а, С3b, С5а и др.). Большие количества поступившего в кровь эндоток­сина приводят к ТОКСИКО-СЕПТИЧЕСКОМУ ШОКУ.

ЛПС – сравнительно слабый иммуноген. Сыворотка крови животных, иммунизированных чистым эндотоксином, не облада­ет высокой антитоксической активностью Þ не способна полно­стью нейтрализовать его ядовитые свойства.

Некоторые бактерии одновременно образуют как белковые токсины, так и эндотоксины, например кишечная палочка и др.

8. Генетические аспекты патогенности.?(некорректный ответ)

АНТИГЕНЫ БАКТЕРИЙ

Каждый мкÒ содержит несколько АГ. Чем сложнее его структура, тем больше АГ. У мкÒ различают ГРУППОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ АГ (встречаются у разных видов одного и того же рода или семейства), ВИДОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ (у различных представителей одного вида) и ТИПОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ (ВАРИАНТНЫЕ) АГ (у разных вариантов в пределах одного и того же вида → се­ровары). Среди бактериальных антигенов различают Н, О, К и др.

Жгутиковые Н-АГ – белок флагеллин, разрушается при нагре­вании, но после обработки фенолом сохраняет свои антигенные свойства.

Соматический О-АГ – ЛПС # стенки гр–. Детерминантными группами являются концевые повторяющиеся звенья ПС цепей, присое­диненные к основной части. Состав сахаров в детерминантных группах и их число, у разных бактерий неодинаковы. Чаще всего в них содержатся гексозы и аминосахара. О-АГ термостабилен, сохраняется при кипячении в течение 1-2 ч, не разрушается после обработки формалином и этанолом.

К-АГ (капсульные) – хорошо изучены у эшерихий и сальмонелл. Как и О-АГ свя­заны с ЛПС # стенки и капсулой, но в отличие от О-АГ содержат в основном кислые ПС (уроновые кислоты). По чувствительности к температуре К-АГ подразделяют на А- (выдерживает кипячение более 2ч), В- (недолгое нагревание до 60°С) и L-АГ (термолабильны). К-АГ располагаются более поверхностно Þ для выявления О-АГ необходимо предварительно разрушить капсулу, что достигается кипячением культур.

К капсульным анти­генам относится так называемый Vi-АГ (обнаружен у брюшнотифозных и некоторых др энтеробактерий, обла­дающих высокой вирулентностью).

ПС капсульные АГ (часто типоспецифические) есть у пневмококков, клебсиелл и других бактерий, образующих выра­женную капсулу. У сибиреязвенных бацилл К–АГ состоит из полипептидов.

Токсины (если они являются растворимыми белками) и ферменты – облада­ют полноценными АГ.

АГ ВИРУСОВ. АГ простых вирионов связаны с их нуклеокапсидами, по хим составу это рибонуклеопротеиды или дезоксирибонуклеопротеиды. Они растворимы Þ обозна­чаются как S-антигены (solutio - раствор). У сложных вирусов одни АГ связаны с нуклеокапсидом, другие – с гликопротеидами суперкапсидной оболочки. Мно­гие вирионы содержат особые поверхностные V-АГ – гемагглютинин (выявляется в реакции ГА или гемадсорбции, РТГА) и фермент нейраминидазу.

Вирусные антигены м.б. группоспецифическими или типоспецифическими, эти различия учитываются при иден­тификации вирусов.

Гетерогенные АГ (гетероантигены) – это общие АГ, обнаруженные у представителей различных видов микроорганиз­мов, животных и растений.

АГ Ò ЧКА И Ж!!

Белковые АГ Ж!! х-ся выраженной видовой специфичностью, на основании этого можно судить о родстве различ­ных видов животных и растений. Белковые АГ тканей и ## Ж!! обладают так­же органной и тканевой специфичностью → изучения клеточной диф­ференцировки и опухолевого роста.

Опухолевые антигены. В результате злокачественной транс­формации нормальных ## в опухолевые в них начинают проявляться специфические АГ, отсут­ствующие в нормальных ##. Выявляют специфические опухолевые Т-АГ (tumor – опухоль) → иммунологические методы ранней диагностики различных опухолей человека.

Аутоантигены. Собственные АГ Ò, которые в норме не проявляют своих АГ свойств, вызывают в определенных условиях образование антител (аутоантител), назы­ваются аутоАГ. В эмбриональном периоде формируется естественная иммунологическая толерантность организма к аутоАГ, которая обычно сохраняется на протяжении всей жизни. Утрата естественной толерантности → аутоиммунные заболе­вания.

Изоантигены. Это антигены, по которым отдельные индиви­дуумы или группы особей одного вида различаются между собой: система АВО, резус и др.

9. Антиген.

Антигены разделены на полные (иммуногенные) , всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства, и неполные (гаптены) , не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

Гаптены обладают антигенностью, что обусловливает их специфичность, способность избирательно взаимодействовать с антителами или рецепторами лимфоцитов, определяться иммунологическими реакциями. Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с иммуногенным носителем (например, белком), т.е. становятся полными.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность- носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т.е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках- генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т.е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость- обязательные свойства антигенов.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты- фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген- распознающими рецепторами клетки.

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8- 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов- выступающие О- боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа- гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека- мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов- поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов).

1.Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).

2.Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример- группы крови (АВО и др.).

3.Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно- реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана- типичный перекрестно- реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б.Rh- система эритроцитов. У человека Rh- антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacus rhesus, т.е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример- белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

Подобная антигенная мимикрия обманывает иммунную систему, защищает от ее воздействия микроорганизмы. Наличие перекрестных антигенов способно блокировать системы, распознающие чужеродные структуры.

4.Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции) , направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).

5.Стадиоспецифичность . Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа- фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

АГ – вещества любого происхождения, которые рас­познаются ## иммунной системы Ò реципиента как генетически чужеродные и вызывают различные формы им­мунного ответа. Каждый АГ имеет 4 СВОЙСТВА­: антигенность, иммуногенность, специфичность и чужеродность.

ИММУНОГЕННОСТЬ – способность АГ индуцировать в Ò реципиента иммунный ответ (образование АТ, формирование гиперчувствительности, иммунологической памяти и толерантности).

АНТИГЕННОСТЬ – способность АГ взаимодействовать с продуктами иммунных реакций (например, с АТ).

Хим природа. АГ – природные или синтетические биополимеры с высокой Мг (белки и полипептиды, ПС (если их Мг не менее 600000), НК и липиды. При денатурации (нагревание, обработка крепкими кислотами или щелочами) белки утрачивают свои АГ свойст­ва. Проявление антигенного действия связано с катаболическим разрушением АГ. Например, полипептиды из L-АК, являются антигенными, а из D-АК нет, т.к. они сравнительно медленно и не полностью разрушаются ферментами организма.

Чужеродность (гетерогенность) – наиболее выражена при иммунизации Ò бел­ками др вида. Исключение – белки со специализированными функциями (ферменты, гормоны, гемоглобин), но при частичном изменении их структуры они могут приобретать антигенность.

Антигенность зависит также от ви­да иммунизированного животного, способа введения, дозы, скорости разрушения АГ в Ò реципиента. Антигенные свойства одних АГ лучше проявляются при вве­дении их перорально, других – внутрикожно, третьих – внутри­мышечно.

Антигенность при введении АГ с адъювантами (гидроксид или фосфат алюминия, масляная эмульсия, ЛПС грамотрицательных бактерий). Механизм действия адъювантов – создаётся депо АГ, сти­мулирует фагоцитоз, митогенное действе на лимфоциты.

СПЕЦИФИЧНОСТЬ – определяется особенностями поверхностной структуры антиге­нов – наличием эпитопов – детерминантных групп на поверхности макромолекулы-носителя. Эпитопы очень разнообразны за счет разл комбинаций АК на поверх­ности белка, несколько АК образуют эпитоп. На поверхности АГ обычно располагается несколько эпито­пов, что обусловливает ПОЛИВАЛЕНТНОСТЬ АГ, если 1 эпитоп – МОНОВАЛЕНТНЫЙ, если несколько одинаковых – ПОЛИМЕРНЫЙ. При отделении эпитопа от молекулы-носителя он утрачивает свои АГ свой­ства, но может реагировать с гомологичными АТ. Изменяя эпитоп, можно искусствен­но модифицировать специфичность АГ.

ПОЛНЫЕ АГ обладают всеми этими свойствами. Неполные АГ (ГАПТЕНЫ), не иммуногенны, но в комплексе с белками-носителями они становятся полными.

10. Антитела.

Антитела - специфические белки гамма- глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (in vivo, in vitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами .

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Иммуноглобулины (Ig) разделены в зависимости от локализации на три группы:

Сывороточные (в крови);

Секреторные (в секретах- содержимом желудочно- кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно- в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

Поверхностные (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В- лимфоцитов).

Любая молекула антител имеет сходное строение (Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragment antigen binding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragment constant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как VL и VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ - замок” и образован гипервариабельными областями L- и Н- цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков- доменов . В легких (L) цепях - два домена- один вариабельный (V) и один константный (C), в тяжелых (H) цепях- один V и 3 или 4 (в зависимости от класса иммуноглобулина) C домена.

Существуют легкие цепи двух типов- каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Выявлено пять классов тяжелых цепей- альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эксилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов- А, G, E, M и D.

Именно константные области тяжелых цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.

Известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико- химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), в составе IgA- два подкласса (IgA1, IgA2).

Структурной единицей антител является мономер , состоящий из двух легких и двух тяжелых цепей. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgD и IgE. IgM- пентамер (полимерный Ig). У полимерных иммуноглобулинов имеется дополнительная j (joint) полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

Основные биологические характеристики антител.

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2 . Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией- моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела навывают полными антителами . Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Афинность - прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность - интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.

5. Гетерогенность - обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:

- изотипические - принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;

- аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;

- идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом ). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

Понятие о поликлональных и моноклональных антителах будет дано в следующих разделах.

Характеристика основных классов иммуноглобулинов.

Ig G. Мономеры, включают четыре субкласса. Концентрация в крови- от 8 до 17 г/л, период полураспада- около 3- 4 недель. Это основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG- антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние или 7S антитела), при вторичном иммунном ответе. IgG1 и IgG4 специфически (через Fab- фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация) , благодаря Fc- фрагментам IgG взаимодействуют с Fc- рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM- антител, IgG- антитела относятся к категории поздних- появляются позже и более длительно выявляются в крови.

IgM. Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J- цепью, имеет 10 антиген- связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM- наиболее ранний класс антител, образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM- антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам грамотрицательных бактерий, жгутиковым антигенам- преимущественно IgM- антитела. IgM- основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных- это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG- 0,5- 2,0 г/л, период полураспада- около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG.

IgA. Выделяют сывороточные IgA (мономер) и секреторные IgA (IgAs). Сывороточные IgA составляют 1,4- 4,2 г/л. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа- IgA1 преобладает в сыворотке, субкласс IgA2 - в экстраваскулярных секретах.

Секреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов. Основная роль IgA- обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.

IgE . Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях. Основная роль- своими Fc- фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся “антитела аллергии”- реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab- фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc- фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.

IgD. Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В- лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.

С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини)- разновидность реакции преципитации и ИФА.

Определение антител различных классов имеет важное значение для диагностики инфекционных заболеваний. Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови- важный критерий при постановке диагноза- серологический метод диагностики. Антитела класса IgM появляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда- годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.

Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM- антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия - антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных - взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней- недель проб.

Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами (реакция “антиген- антитело”) проявляется в виде ряда феноменов- агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.

Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.

Первичный ответ- при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный- при повторном контакте. Основные отличия:

Продолжительность скрытого периода (больше- при первичном);

Скорость нарастания антител (быстрее- при вторичном);

Количество синтезируемых антител (больше- при повторном контакте);

Последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном- быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).

Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа- встреча с возбудителем после вакцинации.

Роль антител в формировании иммунитета.

Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

3. Комплекс антиген- антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.

IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении грамотрицательных бактерий, IgA- в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs- в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE- в реакциях гиперчувствительности немедленного типа.

Ig (АТ) – белки плазмы крови, по хим составу – гликопротеиды, по электрофоретической подвижности – γ-глобулины.

СТРУКТУРА Ig

Белковая часть молекулы Ig состоит из 4 полипептидных цепей: 2 одинаковых тяжелых Н-цепей и 2 легких L-цепей (различаются по Мг). Каждая цепь состоит из вариабельной V- (начинается с N-конца, примерно 110АК = 1 домен ) и стабильной С-части (4-5 доменов) . Каждая пара легких и тяжелых цепей связана S-S мостиками , меж­ду их С-участками, обе тяжелые цепи также соединены друг с другом между их константными участками → шарнир . В пре­делах каждого домена поли­пептидная цепь уложена в виде петель. Петли в V-до­менах легкой и тяжелой цепи составляют гипервариабельный участок , который входит в состав антигенсвязывающего центра.

При гидролизе IgG протеолитическим ферментом папаином , легкие и тяжелые цепи распадаются на 3 фрагмента: два Fab- (Fragment antigen binding) и один Fc-фрагмент (Fragment cristalline). Свободные N-концы концы каждого Fab-фрагмента входят в состав V-доменов, формирующих антигенсвязывающий (активный) центр. Fc-фраг­мент имеет свободные С-концы, одинаковые у разных АТ, функции которых заключаются в фиксации и последующей активации системы комплемента по классическому пути после, в прикреплении иммуноглобулина G к Fc-рецепторам ## мембран и в прохождении IgG через плаценту. В области Fc-фрагментов антител локализуются участки (эпитопы ), определяющие индивидуальную, видовую, группо­вую, антигенную специфичность данного иммуноглобулина.

КЛАССЫ И ТИПЫ Ig:

в зависимости от структуры, свойств и антигенных особенностей их легких и тя­желых цепей.

Легкие цепи в молекулах Ig пред­ставлены двумя ИЗОТИПАМИ – ламбда (λ) и каппа (κ), которые различаются по химическому составу. Тяжелые цепи Ig подразделены на 5 изотипов (γ, μ, α, δ, ε), которые опреде­ляют их принадлежность к одному из 5 классов: G, M, A, D, Е соответственно. Они отличаются друг от друга физ-хим особенностями и биол свойствами.

Наряду с изотипическими вариантами Ig имеются аллотипические (АЛЛОТИПЫ), несущие индивидуаль­ные АГ генетические маркеры. Каждая плазма­тическая клетка продуцирует АТ одного аллотипа.

По различиям в АГ свойствах Ig делят на ИДИОТИПЫ. V-домены разных Ig можно различить и по их АГ свойствам (идиотипам). Накопление любых АТ, несущих в структуре своих активных центров новые для организма антигенные эпитопы (идиотипы), приводит к индукции иммунного ответа на них с образованием анти-АТ, получив­ших название антиидиотипических.

СВОЙСТВА Ig

Молекулы Ig разных классов построены из одних и тех же мономеров , имеющих по две тяжелых и по две легких цепи. К мономерам относятся иммуноглобулины G и Е, к пентамерам – IgM, a IgA могут быть представлены мономерами, димерами и тетрамерами. Мономеры соеди­нены между собой j-цепью (joining). Разные классы Ig отличаются друг от друга биол свойствами, в частности их способностью связывать гомологичные АГ. В реак­ции у мономеров IgG и IgE участвуют 2 антигенсвязывающих участка, при этом образуется сетевая струк­тура, которая выпадает в осадок. Суще­ствуют также моновалентныеАТ, у которых функционирует лишь один из 2 центров Þ без обра­зования сетевой структуры. Такие анти­тела называются неполными, они выявляются в сыво­ротке крови с помощью реакции Кумбса.

Иммуноглобулины характеризуются различной авидностью (скорость и прочность связыва­ния с молекулой АГ). Авидность зависит от класса Ig, содержащих разное количество мономеров. Наибольшая авидность у IgМ. Авидность АТ меняется в про­цессе иммунного ответа в связи с переходом от синтеза IgM к преимущественному синтезу IgG.

Разные классы Ig отличаются по способности проходить через плаценту, связывать и активи­ровать комплемент и др. За эти свойства отвечают отдельные домены Fc-фрагмента .

IgG составляют около 80% сывороточных Ig (12 г/л). Они обра­зуются на высоте первичного иммунного ответа и при повторном введении антигена (вторичный ответ). Обладают достаточно быстро связываются с АГ, особенно бактериальной природы. При связывании IgG с эпитопами АГ в области его Fc-фрагмента открывается участок, ответственный за фиксацию первой фракции системы комплемента, с последующей активацией системы комплемента по классическому пути. IgG является единственным классом антител, проникающим через плаценту в организм плода. Через некоторое время после рождения ребенка содержание его в сыворотке крови падает и достигает минимальной концентрации к 3–4 мес, после чего начинает возрастать за счет накопления собственных IgG, достигая нормы к 7-летнему возрасту. Из всех классов Ig в Ò больше всего синтезируется IgG. Около 48% IgG содержится в тканевой жидкости, в которую он диф­фундирует из крови.

IgM первыми начинают син­тезироваться в Ò плода и первыми появляются в сыво­ротке крови после иммунизации. Составляют около 13% сывороточных иммуноглобулинов (1 г/л). По Мг они значительно больше остальных Ig, т.к. состоят из 5 субъединиц. К IgM принадлежит большая часть изогемагглютининов (группы крови). Они не проходят через плаценту и обладают наиболее высокой авидностью. При взаимодействии с АГ in vitro вызывают их агглютинацию, преципитацию или связывание комплемента.

IgA встречаются в сыворотке крови и в секретах на поверхности слизистых оболочек. В сыво­ротке крови (после 10 лет) их 2,5 г/л. Сывороточный IgA синтезируется в плазматических клетках селезенки, лимфатических узлов и слизистых оболочек. Они не агглютинируют и не преципитируют АГ, не активируют комплемент.

SIgA отличают­ся от сывороточных наличием секреторного компонента (β-глобулин), свя­занного с 2 или 3 мономерами иммуноглобулина А. Секреторный компонент синтезируется клетками секреторного эпи­телия, а к IgA присоединяется при его прохождении через эпите­лиальные клетки. Играют существенную роль в местном им­мунитете, препятствуют адгезии мкÒ на эпителиальных клетках. В агрегированной форме активирует комплемент по альтернатив­ному пути.

Около 40 % общего IgA содержится в крови.

IgD До 75% содержится в крови (0,03 г/л). Не проходит через плаценту, не связывает комплемент. Функции не выяснены (предположительно – является одним из рецепторов предшественников В-лимфоцитов).

IgE – в крови 0,00025 г/л, синтезируется плазмати­ческими клетками в лимфати­ческих узлах, в слизистой оболочке ЖКТ. Их называют также РЕАГИНАМИ, т.к. они принимают участие в анафилактических реакциях, обладая выраженной цитофильностью.

11. Неспецифические факторы защиты.