Биологическая война (Часть 1)

Пока военные взрывали свои боеприпасы на полигонах и в специальных камерах, подсчитывая на чашках Петри количество колоний микроорганизмов, выживших после взрывного диспергирования различных рецептур, инициатива в агробиологических исследованиях перешла к гражданским ученым. W. F. Wells et al. (1948) первыми заявили о решающем значении для развития туберкулезной инфекции не количества вдыхаемых бактерий, а величины частиц аэрозоля, в которых содержатся эти бактерии. Они показали, что только мелкие частицы бактериального аэрозоля, по существу отдельные бактериальные клетки, могут инфицировать легкие кролика, чего нельзя сказать о крупных частицах, содержащих большие количества живых микроорганизмов. М. D. Lurie et al. (1950) расширили их работу, показав, что каждая инфекционная частица, которая вдыхается и задерживается в альвеолах, дает отдельный туберкулезный бугорок. Тогда вспомнили о довоенной работе немецкого ученого W. Findeisen’a (1935), выполнившего первое серьезное изучение возможности проникновения частиц разных размеров в дыхательные пути. На его работу военные биологи ранее не обращали внимания, так как она выполнена с использованием инертных частиц. Finaeisen предложил принцип математического моделирования процессов проникновения и оседания аэрозольных частиц в дыхательных путях с учетом анатомического строения, броуновского движения, седиментации и инерционности частиц при осаждении. Но его расчеты не «вписывались» в существовавшие тогда представления о контактной передаче возбудителей инфекционных болезней. Сам он не имел отношения к эпидемиологии. Findeisen всего лишь рассчитал процент осаждения частиц различных размеров во всех отделах дыхательного тракта для модели, состоящей из разветвляющихся трубок и заканчивающихся сферическими альвеолами, трахея, главные бронхи, бронхи 1-, 2- и 3-го порядков, терминальные бронхиолы, дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки). Рассчитанные им на основе выведенных формул вероятности осаждения частиц в каждом отделе легких за счет диффузии, седиментации и импакции, показаны в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Задержка частиц, попавших в трахею, %[24]

_{Радиус частиц, мкм}

^{Участок легкого | 0,03 | 0,01 | 0,3 | 1 | 3 | 10 | 30}

Проводящая часть | 8,4 | 4,2 | 2 7 | 7,9 | 44,9 | 98 | 100

Дыхательная часть | 57,6 | 30.9 | 30,5 | 88 5 | 55,1 | 0 | 0

Общая задержка | 66 | 35,1 | 33,2 | 96,4 | 100 | 98 | 100

Findeisen не учитывал объем альвеолярных ходов и мешочков, это повлияло на точность его расчетов для частиц в субмикронном диапазоне. Однако в диапазоне 0.3-30 мкм его расчеты оказались удивительно верными. Данные W. F. Wells et al. (1948) хорошо объяснялись расчетами W. Findeisen в той их части, где речь шла о частицах в диапазоне размеров 1–3 мкм. Теперь можно было рассчитывать задержку частиц биологического аэрозоля в дыхательных путях и экспериментально подбирать условия для наиболее эффективного инфицирования поражаемых объектов, исходя не из биологических критериев (количество живых клеток возбудителя инфекции, оставшихся после взрывного диспергирования), а физико-химических, т. е. размера частиц, образующих аэрозоль. Осталось только уточнить отдельные детали процесса проникновения биологического аэрозоля в глубокие отделы легких. «Детали» стали проясняться, как только изменились экспериментальные подходы. Н. A. Druett et al. (1953) в лабораторных условиях экспонировали морских свинок и обезьян к монодисперсным аэрозолями спор возбудителя сибирской язвы. Ими было установлено, что наибольшей инфекционностью обладал аэрозоль с размером дисперсной фазы, приближающейся к размеру споры (примерно 1,2 мкм). Когда частички аэрозоля имели размер более 5 мкм, его инфекционность быстро снижалась. В опытах на морских свинках инфицирующая доза аэрозоля из частичек с размером примерно 1 мкм, была в 17 раз меньшей, чем у аэрозоля с размером частичек 12 мкм. Для обезьян это соотношение держалось как 1:14. Опубликованные результаты Н. A. Druett et al. (1953). так же, как и работы J. М. Barnes (1947), можно рассматривать как слабое отражение масштабных экспериментов по изучению инфицирующих свойств мелкодисперсных аэрозолей микроорганизмов, проведенных в военных биологических центрах за период с 1948 по 1953 г. Их результаты объясняли предыдущие неудачи и открывали перед военными новые перспективы в разработке БО.