כיום מוכרים למדע 4 מינים של טפילי פלסמודיום אשר גורמים למחלת המלריה בבני האדם:
שני המינים הראשונים אחראים למרבית ממקרי המלריה בעולם. המסוכן שבמינים הוא ה-"P. falciparum" אשר נחשב לגורם התמותה העיקרי של המחלה. "P. falciparum" הוא המין השכיח ביותר באפריקה, אולם נפוץ גם בדרום-מזרח אסיה ובאגן נהר האמזונאס שבאמריקה הדרומית. יכולתו של מין זה לגרום למחלה הקשה ביותר נובעת מיכולתו לפגוע באיברים חיוניים רבים בגוף, דוגמת: מוח, כליות, ריאות וכבד. בעיה נוספת הקשורה במין זה היא העמידות שלו כלפי התרופות הסטנדרטיות נגד מלריה. "P. vivax" שכיח מאוד באסיה, פפואה גינאה החדשה, אמריקה מרכזית ודרומית ופחות שכיח באפריקה. "P. vivax" גורם למחלה קשה אולם התמותה ממין זה נמוכה בהשוואה לזו הנגרמת מ-"P. falciparum". שני המינים הנוספים, "P. malariae" ו-"P. ovale", די נדירים ותפוצתם מוגבלת לאפריקה, כשמהלך המחלה לה הם גורמים דומה לזה הנגרם מ-"P. vivax".
תסמיני המחלה.
יתושות האנופלס מחדירות בעקיצתן את טפילי המלריה לדם הנעקץ. טפילים אלה, מגיעים תוך מספר דקות לכבד ושם מתחילים להתרבות. בתקופה זו לא מופיעים בקרב אדם הנגוע במחלה תסמינים ולכן אין באפשרותו לדעת האם הוא אכן נדבק במחלה. לאחר מכן יוצאים הטפילים למחזור הדם ופולשים אל האריתרוציטים, שם הם מתחלקים ומתרבים תודות לפירוק ועיכול מולקולת ההמוגלובין.
טפילי הפלסמודיום מעכלים כ-80% מסך ההמוגלובין באריתרוציטים. תוצר הלוואי של פירוק זה הוא מולקולה הקרויה הֵמַטִין (Hematin). המטין היא, למעשה, מולקולת הם שיון הברזל במרכזה מחומצן כתוצאה מהקשרות להידרוקסיד. מולקולות המטין הן טוקסיות למערכות ביולוגיות בכלל ולטפילי המלריה בפרט מפני שיוני הברזל מהווים פרואוקסידנטים (חומרים כימיים אשר גורמים ליצירת רדיקלים חופשיים של חמצן) שעלולים לפגוע בקרום הטפילים. על מנת למנוע את יצירת הרדיקלים החופשיים, ממירים טפילי המלריה את מולקולות ההמטין לתצורה גבישית אינרטית (בלתי פעיל) הקרויה המוזואין (Hemozoin).
לאחר שמגיעים האריתרוציטים לקיבולת טפילית מרבית, הם מתבקעים וגורמים לשחרור הטפילים לנוזל הדם. דבר זה מאפשר לטפילי הפלסמודיום לפלוש לאריתרוציטים נוספים ובאופן זה להמשיך את תהליך ההדבקה. יחד עם הטפילים משתחררים לנוזל הדם גם גבישי המוזואין. שחרור גבישי המוזואין הוא זה שמוביל לעלייה חדה בחום הגוף, שכן שחרורו מעודד הפרשה של ציטוקינים פירוגניים (דלקתיים), דוגמת: TNF-α ו-MIP-1α/β.
המלריה, לה גורמים כל 4 מיני הפלסמודיום, מתפרצת בדרך כלל לאחר 10 ימים עד חודש מרגע העקיצה. בשלב זה, מופיעים התסמינים הבאים:
תסמיני המחלה מופיעים במחזוריות קבועה (כל 12–36 שעות לאחר הדבקה ב-"P. falciparum", כל 48 שעות לאחר הדבקה ב-"P. vivax" וב-"P. ovale", כל 72 שעות לאחר הדבקה ב-"P. malariae").
בחולים שנדבקו ב-"P. falciparum" אי קבלת טיפול רפואי ראוי עלול להוביל לסיבוכים הבאים:
מקור והתפשטות מחלת המלריה באפריקה.
מדענים וחוקרים רבים מאמינים כי רוב, אם לא כל, צורות המלריה מקורן במערב ובמרכז אפריקה בפרימטים הומינידיים דוגמת גורילות ושימפנזים. במחקרים שנערכו לאחרונה נמצא כי ככל הנראה לפני כ-10,000 שנה עברו טפילי המלריה שינוי בהרכבם הגנטי, דבר אשר הקנה להם את האפשרות להדביק הומינינים בסוג אדם. שינוי זה החל, ככל הנראה, בסיומו של עידן הקרח לפני כ-10,000 שנים, ובהתחממות הגלובלית שהביא עמו סוף עידן זה. גורמים אלה בישרו את ראשיתה של מהפכת החקלאות הנאוליתית במרבית מאזורי העולם בכלל ובאפריקה בפרט. סגנון חקלאות זה הגיע למערב ולמרכז אפריקה לפני כ-4,000 שנה.
חוקרים שונים טוענים כי שימוש בחקלאות ביבשת אפריקה היווה גורם מכריע בהתפתחותה ובהתהוותה של מחלת המלריה דווקא ביבשת זו, משום שהאוכלוסיות שמדרום למדבר סהרה עברו מסגנון חיים של ציידים-לקטים בקהילות קטנות, לסגנון חיים קהילתי והתיישבותי באזורים טרופיים של היבשת. סביבת המחיה ואורח החיים שנוצרו באפריקה הובילו לילודה מוגברת, לצפיפות אוכלוסין גבוהה ולשימוש נרחב במקורות מים עומדים הדרושים הן למחיה והן לחקלאות. שינויים סביבתיים אלה היוו את הגורם המרכזי לגידול מאסיבי באוכלוסיית יתושי האנופלס באפריקה, שמצדם מצאו מקור הזנה יציב בדמם של בני האדם וסביבת מחיה נוחה בסמוך למקורות המים העומדים.
על אף שסגנון החקלאות הנאוליתי התפתח תחילה באסיה ובמזרח התיכון, מחלת המלריה בבני האדם לא הייתה נפוצה באזורים אלה. הסיבה העיקרית לכך נעוצה בעובדה שבאסיה ובמזרח התיכון גידול חיות משק, דוגמת: עזים, כבשים ופרות, היה פופולרי יותר מאשר באפריקה שמדרום לסהרה ולכן ליתושי האנופלס שבאסיה ובמזרח התיכון היה מקור דם נוסף, נגיש ויציב בסמוך למקורות המים העומדים.
על פי נתוני ארגון הבריאות העולמי העברת טפילי המלריה אינטנסיבית יותר באזורים שבהם ליתושים תוחלת חיים ארוכה יותר (מפני שכך לטפילים יש זמן רב דיו להשלים את התפתחותם בתוך יתושות האנופלס) ובאזורים שבהם היתושים רגילים או מעדיפים את דמם של בני האדם כמקור הזנה. על כן, באפריקה בה היתושים עונים על הדרישות שלעיל שיעור התמותה והתחלואה ממחלת המלריה הוא מהגבוהים בעולם.
עם זאת נמצא כי מוטציות ספציפיות בגנים המקודדים לשרשרות הגלובין, שמרכיבות את ההמוגלובין, נמצאות באוכלוסיית אפריקה שמדרום לסהרה בקורלציה ישרה לתפוצת מחלת המלריה. מוטציות אלה, אשר העיקריות בהן גורמות לאנמיה חרמשית, המוגלובין C ותלסמיה, משפיעות הן כמותית והן איכותית על תפקוד ההמוגלובין. תפקוד לקוי של המוגלובין משפיע על משך שרידות האריתרוציטים במחזור הדם, דבר אשר גורם להפרעה במחזור החיים של טפילי המלריה בתוכם.
מחלות אנמיה חרמשית, המוגלובין C ותלסמיה אינן מונעות את ההדבקה בטפילי המלריה, אך מקנות לאוכלוסיית הלוקים בהן הגנה מסוימת בפניה.
מחלת המלריה באפריקה שמדרום לסהרה חופפת במידה רבה את האזור שקרוי חגורת המנינגיטיס האפריקנית, בו שכיחות מחלת דלקת קרום המוח על רקע זיהום של חיידק "Neisseria meningitidis" גבוה מאוד.
מלריה ואנמיה חרמשית.
אנמיה חרמשית היא מחלת דם תורשתית הגורמת להמוגלובין, המצוי בתאי הדם האדומים להיווצר בצורה לקויה. הדבר גורם בין השאר לעיוות תאי הדם האדומים לצורה דמוית חרמש ולקיצור משך זמן חייהן במחזור הדם. הסיבה להיווצרות אנמיה חרמשית נובעת מנוכחות מוטציה נקודתית בגן המקודד לשרשרות β-גלובין המרכיבות, יחד עם שרשרות α-גלובין, את המבנה הרביעוני של המוגלובין.
בקרב הנשאים של הפגם הגנטי נמצא כי בכרומוזום מספר 11, בעמדה מספר 6 על גבי הגן המקודד לשרשרות β-גלובין, הקודון GAG, אשר מקודד לחומצת אמינו גלוטמט מוחלף, בעקבות המוטציה הנקודתית, בקודון GTG אשר מקודד לחומצת אמינו ולין. גלוטמט היא חומצת אמינו הידרופילית ואילו ולין היא חומצת אמינו הידרופובית. החלפת חומצות האמינו, בעקבות המוטציה הנקודתית, מובילה לשינוי במבנה שניוני ובמבנה שלישוני של שרשרות β-גלובין אשר משליכים על המבנה הרביעוני של מולקולות ההמוגלובין כאשר היא נמצא בתצורת Deoxyhemoglobin (המוגלובין בלתי מחומצן). בתצורה זו נוצרים קשרים הידרופוביים בין חומצת האמינו ולין בעמדה מספר 6 לחומצות אמינו פנילאלנין וולין בעמדות מספר 85 ו-88 בהתאמה. קשרים אלה גורמים ליצירת אגרגטים בלתי מסיסים של המוגלובין באריתרוציטים, דבר אשר מקנה להן את צורתן החרמשית.
ברגע שמולקולות ההמוגלובין שבות לתצורת Oxyhemoglobin (המוגלובין מחומצן), מתנתקים הקשרים ההידרופוביים שלעיל והאריתרוציטים חוזרים לצורתם הדיסקית הטיפוסית. שינוי צורה בלתי פוסק זה גורם לאריתרוציטים לאבד את האלסטיות שלהם ולהתפרק בקצב מהיר במחזור הדם (אריתרוציטים אלה שורדים בין 10–20 ימים בלבד בהשוואה ל-90 עד 120 ימים בקרב אריתרוציטים תקינים). המוגלובין פתולוגי זה נקרא גם המוגלובין S (HbS).
מרבית אזורי המלריה בעולם בכלל, ובאפריקה שמדרום לסהרה בפרט, נמצאים בחפיפה לאזורים בהם חלה עלייה בשכיחות הופעת המוטציה אשר גורמת ליצירת המוגלובין S (ראו צמד תמונות מצורפות בצד שמאל). הצורה הלקויה של האריתרוציטים המוטנטיים וכן הפגם במבנה מולקולות ההמוגלובין גורמים להפרעה במחזור חייהם של הטפילים בתוך כדוריות הדם האדומות, שכן הם מתקשים לעכל את ההמוגלובין ואינם מספיקים להשלים מחזור חיים מלא באריתרוציטים טרם התפרקותם.
מכאן ניתן לשער כי למרות הסיכונים הפיזיולוגיים שעלולים להגרם מאנמיה חרמשית, בקרב אוכלוסיות אשר מתגוררות באזורים מוכי מלריה נשיאת פגם גנטי זה מקנה להם הגנה מסוימת בפני המחלה.
מלריה והמוגלובין C.
בדומה להמוגלובין S, המוגלובין C (HbC) הוא צורה לקויה נוספת של מולקולת ההמוגלובין. אריתרוציטים אשר מבטאים המוגלובין C נראים במשטח דם בתור מטרות (Bullseye targets), דבר שהקנה להם את הכינוי "תאי מטרה" (Target cells).
הסיבה להיווצרות המוגלובין C נובעת, בדומה להמוגלובין S, מנוכחות מוטציה נקודתית בגן המקודד לשרשרות β-גלובין. בקרב הנשאים של הפגם הגנטי נמצא כי בכרומוזום מספר 11, בעמדה מספר 6 על גבי הגן המקודד לשרשרות β-גלובין, הקודון GAG, אשר מקודד לחומצת אמינו גלוטמט מוחלף, בעקבות המוטציה הנקודתית, בקודון AAG אשר מקודד לחומצת אמינו ליזין.