C.3.2 · Защита от болезней

Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.

Предварительные требования: клетки и мембраны из B.2 и ферменты из B.1.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

Что могло бы объяснить это наблюдение?

• Большинство людей болеют ветряной оспой один раз и больше никогда, тогда как простуда может возвращаться каждый год. Что запоминает иммунная система и почему она неэффективна против простуды?

Постройте модель

• Патогены несут антигены — молекулярные структуры, распознаваемые специфическими иммунными рецепторами. Фагоциты поглощают и переваривают патогены, тогда как лимфоциты вырабатывают антитела, белки, форма которых позволяет связываться с одним конкретным антигеном. Первый ответ медленный, потому что необходимо выбрать и размножить подходящие лимфоциты.
• После первой инфекции остаются клетки памяти. При повторном воздействии они вызывают более быстрый и сильный вторичный ответ, часто уничтожая патоген до появления симптомов. Вакцинация может подготовить иммунную память для последующего воздействия. Иммунитет в популяции может снизить передачу и косвенно защитить восприимчивых людей — коллективный иммунитет. Защита зависит от патогена, популяции и вакцины; она не гарантирует полное отсутствие инфекций или вспышек.
• антиген: Молекулярная структура, распознаваемая специфическим антителом или иммунным рецептором; антигены могут происходить из самого организма или из внешней среды; антитело: Белок, связывающийся с одним конкретным антигеном; клетка памяти: Долгоживущий лимфоцит, обеспечивающий быстрый вторичный ответ; вакцинация: Введение вакцины для подготовки специфического иммунного ответа и формирования памяти; коллективный иммунитет: Косвенная защита популяции, возникающая при снижении передачи инфекции за счет иммунитета.

Выберите доказательства для проверки гипотезы

• Отслеживайте концентрацию антител после первого и второго воздействия на один и тот же антиген: модель предсказывает более быстрый и крупный второй пик. Остудиться можно повторно, потому что простуду вызывают многие различные вирусы и штаммы; иммунитет к одному не обязательно защищает от другого.
• Сравните размеры вспышек в популяциях с разным уровнем вакцинации; выше порога вспышки не должны расти.

Работайте с известными величинами

• Известно: у патогена базовое число воспроизводства R₀ = 4, что означает четыре вторичных случая на случай в среднем в полностью восприимчивой популяции согласно этой модели. Порог составляет 1 − 1/R₀ = 1 − 1/4 = 0.75. При равномерном смешивании и полной защите ровно 75% иммунизированных дают R = 4 × (1 − 0.75) = 1. Доля иммунизированных должна превышать 75%, чтобы обеспечить R < 1 и снижающуюся передачу в модели.

Пример:

Другой патоген имеет R₀ = 2.5. Найдите порог коллективного иммунитета в процентах, используя ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация. (Ответ: 1 − 1/2.5 = 1 − 0.4 = 0.6 = 60%. Менее заразному патогену требуется меньшее покрытие vaccination.)

Проверьте вывод и его границы применимости

• Модель порога предполагает равномерное смешивание, одинаковую восприимчивость и полную защиту от передачи среди иммунизированных; реальные популяции склонны к кластеризации, а защита может ослабевать. Если вакцина обеспечивает неполную защиту от передачи, необходимая доля привитых будет выше, чем порог иммунизированности в данной упрощённой модели.

Предупреждение:

Антитело может одинаково хорошо связываться с любым патогеном. Это утверждение неверно: антитела узнают конкретные формы антигенов. Другой антиген может ускользнуть от существующего ответа; вакцины нацелены на выбранные антигены.

Ключевые моменты:

Защита от болезней: фагоциты захватывают; лимфоциты вырабатывают специфические к антигену антитела; клетки памяти обеспечивают более быстрый и сильный второй ответ. Вакцинация может подготовить специфическую иммунную память. Когда популяционный иммунитет снижает передачу, коллективный иммунитет может обеспечить косвенную защиту. Упрощённый порог 1 − 1/R₀ является границей модели, а не гарантией защиты каждого человека.

Запишите от порога на 80 процентов

• У патогена R₀ = 5.
• Найдите порог группового иммунитета: 1 − 1/5 = 0.8, следовательно, 80% населения должны быть иммунны.

Запишите, исходя из порога в 50%

• Более мягкий штамм имеет R₀ = 2.
• Найдите порог: 1 − 1/2 = 50% — порог следует формуле 1/R₀ и стремится к нулю по мере приближения R₀ к единице.

Запишите, исходя из охвата, не достигшего порога

• R₀ = 4, а вакцинация охватывает 60% населения.
• Достигнут ли порог? 1 − 1/4 = 75% необходимо, поэтому нет — передача инфекции продолжается в зоне риска.