COVID-19 – mechanizm, przebieg i skutki zakażenia koronawirusem SARS-CoV-2

Scenariusz rozwoju COVID-19 najczęściej wygląda w poniższy sposób.

• W pierwszej kolejności koronawirus atakuje komórki nabłonka oddechowego, czyli warstwy komórek wyściełających układ oddechowy, w miejscach takich jak gardło, krtań, tchawica, oskrzela, oskrzeliki i pęcherzyki płucne. Ponieważ receptory dla wirusa, a więc miejsca, przez które przedostaje się do komórek, znajdują się też w nabłonku układu pokarmowego, może on infekować organizm również tą drogą.
• Następnie za pomocą wypustek przyłącza się do receptorów ACE2 na powierzchni komórek i wnika do ich wnętrza, zamieniając je w „minifabryki” produkujące jego kopie – sam posiada tylko materiał genetyczny w postaci RNA oraz osłonkę. Nie ma własnej komórki, a więc również układów niezbędnych do namnażania się, i samodzielnie może jedynie przetrwać.
• Po namnożeniu się w komórce gospodarza i złuszczeniu nabłonka koronawirus kolonizuje dalsze tkanki. W tej wczesnej fazie rozwoju nie występują jeszcze objawy infekcji, dochodzi jednak do zarażania wirusem innych.
• W końcu w większości przypadków rozwijają się symptomy zakażenia, choć możliwy jest też bezobjawowy przebieg choroby.

Okres od momentu zakażenia do pojawienia się objawów nazywany jest czasem inkubacji. Dla SARS-CoV-2 jest on bardzo zróżnicowany i trwa od 1 do 14 dni, choć średnio wynosi 5-6 dni (a według niektórych źródeł 3-7 dni). Bywa jednak i tak, że symptomy zakażenia pojawiają się nawet po 27 dniach!

Czytaj też: Koronawirus „przeskakuje” między gatunkami w sposób, który niepokoi ekspertów

Objawy COVID-19 przypominają symptomy grypy i u 8 na 10 osób mają łagodny przebieg. Są przy tym dość charakterystyczne:

• w 99 proc. przypadków pojawia się gorączka, czyli temperatura ciała powyżej 38 stopni Celsjusza,
• w 70 proc. przypadków odczuwane jest zmęczenie,
• w 60 proc. przypadków występuje suchy kaszel,
• występują też bóle mięśni (najczęściej w związku z gorączką),
• pacjentów męczą duszności.

W rzadkich przypadkach możliwe jest też wystąpienie bólu gardła i/lub kataru. U niewielkiego odsetka zainfekowanych pojawiają się zaburzenia gastryczne, będące skutkiem infekcji przewodu pokarmowego.

Najnowsze obserwacje pokazują również, że wystąpienie typowych objawów COVID-19 może poprzedzać nagła utrata węchu i smaku. Naukowcy sądzą, że może to wynikać z zajęcia przez wirusa dróg nerwowych i nieść za sobą zagrożenie komplikacjami mózgowymi infekcji koronawirusem.

Występujący w COVID-19 kaszel jest początkowo suchy, tj. nie towarzyszy mu odkrztuszanie wydzieliny. Najprawdopodobniej ma on związek z podrażnieniem komórek zainfekowanych przez wirusa. U niektórych osób pojawia się następnie gęsta wydzielina zawierająca martwe komórki dróg oddechowych.

Ten etap trwa około tygodnia. Zalecany jest wtedy odpoczynek w łóżku, uzupełnianie płynów i ew. przyjmowanie paracetamolu. Osoby, których organizm zwalczył wirusa, wracają wtedy do zdrowia. Według danych WHO przy łagodnym przebiegu choroby całkowite wyzdrowienie zajmuje zwykle 2 tygodnie. U innych może dojść do zaostrzenia przebiegu infekcji i powikłań. W ciężkich przypadkach leczenie zakończone sukcesem trwa 3-6 tygodni.

Jeżeli układ odpornościowy zareaguje w przesadny sposób na kopie koronawirusa obecne w ustroju, choroba postępuje. Stan zapalny się rozszerza i rozwija się zapalenie płuc. Pęcherzyki płucne napełniają się płynem zapalnym, co utrudnia oddychanie. U niektórych pacjentów musi być ono wspomagane za pomocą respiratora.

W stanie krytycznym znajduje się ok. 6 procent osób zarażonych koronawirusem SARS-CoV-2. Działanie układu immunologicznego wymyka się u nich spod kontroli, powodując tzw. burzę cytokinową i zniszczenia w organizmie, które mogą skończyć się fatalnie. Oprócz płuc uszkodzeniu mogą ulec też inne narządy, zwłaszcza serce, nerki, jelita i wątroba. Bywa, że dochodzi do wstrząsu septycznego – ciśnienie krwi spada, a narządy przestają prawidłowo funkcjonować lub dochodzi do ich całkowitej niewydolności.

Jak wynika z analiz przypadków zachorowań na COVID-19 w Chinach i na świecie, u części osób przyjmowanych na oddział intensywnej opieki medycznej (OIOM) z infekcją koronawirusową rozwija się zagrażający życiu zespół ostrej niewydolności oddechowej (acute respiratory distress syndrome, ARDS). Powoduje on znaczną utratą zdolności płuc do wymiany tlenu i dwutlenku węgla i skutkuje niedotlenieniem narządów wewnętrznych. Najbardziej narażeni są na niego ludzie starsi.

Według danych amerykańskiego National Center for Biotechnology Information ARDS dotyka 17 proc. pacjentów znajdujących się w stanie ciężkim, natomiast dane z pisma „The Lancet” mówią, że odsetek takich osób może wynosić aż 29 procent. Analizy uwzględniają dane chorych w Chinach w okresie do połowy lutego 2020.

Mechanizm powstawania ARDS ma związek z przeciekaniem płynu z włosowatych naczyń krwionośnych do pęcherzyków płucnych, co powoduje ich zapadanie się, powstawanie blizn w postaci zwłóknień i zmniejszenie pojemności płuc o 20-30 procent (dane ze szpitala w Hong Kongu). Przyczyną tych zmian jest wywoływany przez wirusa stan zapalny.

Jak czytamy na stronie European Lung Foundation, zespół ostrej niewydolności oddechowej ARDS w 27-45 proc. przypadków kończy się zgonem. Zespół rozwija się u 7,1 proc. osób przebywającym na OIOM, a gdy pobyt trwa dłużej niż dobę, dotyczy 12,5 proc. chorych. Jednocześnie u osób młodych znajdujących się w takim stanie możliwe jest pełne wyzdrowienie po upływie 6-12 miesięcy.

W łagodnym i umiarkowanym przebiegu COVID-19 układ odpornościowy organizuje się do walki z najeźdźcą. Mechanizm tej obrony odkryła australijska badaczka polskiego pochodzenia profesor Katherine Kedzierski, o czym donosi pismo „Nature Medicine”.

Wraz z zespołem badawczym z Peter Doherty Institute for Infection and Immunity w Melbourne prof. Kedzierki zidentyfikowała cztery rodzaje komórek odpornościowych biorących udział w reakcji na patogen. Stwierdziła, że mechanizm jego zwalczania jest podobny jak w przypadku grypy.

Organizm zwiększa produkcję specyficznych komórek układu odpornościowego, których podwyższony poziom utrzymuje się jeszcze przez tydzień od momentu pełnego ustąpienia objawów infekcji COVID-19. Jak jednak wynika z danych amerykańskiego Center for Infectious Disease Research and Policy, u niektórych pacjentów wirus jest wykrywany w ustroju jeszcze przez 5-13 dni od powrotu do zdrowia, co oznacza, że wciąż mogą oni zarażać innych.

W badaniach reakcji organizmu na koronawirusa odkryto, że w odpowiedzi układu immunologicznego na ten patogen biorą udział:

• komórki wydzielające przeciwciała (ASC), które powstają z limfocytów B w wyniku stymulacji antygenami,
• pęcherzykowe pomocnicze limfocyty T (TFH),
• aktywowane limfocyty T CD4 + oraz T CD8 +,
• przeciwciała IgM, czyli immunoglobuliny typu M,
• przeciwciała IgG, czyli immunoglobuliny typu G.

Przeciwciała wiążą koronawirusa, co prowadzi do jego unieszkodliwienia. Wykrywanie tych przeciwciał jest docelowym sposobem na potwierdzenie obecności wirusa w organizmie, który uzupełnia stosowanie drogich i czasochłonnych testów molekularnych.

Osoby, które przebyły infekcję koronawirusem, często mają rozległe zmiany w organizmie. Zakażenie powoduje uszkodzenia najczęściej zlokalizowane w płucach i sercu. Możliwe konsekwencje to zapalenie mięśnia sercowego, a w skrajnych przypadkach jego niewydolność.

Zmiany są wywoływane przez wirusa w sposób bezpośredni, a ponadto mogą być rezultatem stosowania intensywnych procedur medycznych u pacjentów w ciężkim stanie.

Jak ostrzegają eksperci z Faculty of Intensive Care Medicine, największej brytyjskiej organizacji zrzeszającej specjalistów intensywnej terapii medycznej w Wielkiej Brytanii, do najczęstszych „pamiątek” po infekcji koronawirusem są blizny w płucach, uszkodzenia nerwów i trauma psychiczna.

Chociaż u ozdrowieńców płuca mogą wrócić do w miarę normalnego stanu po upływie co najmniej pół roku, skutkować może to zmniejszoną zdolnością do wysiłku. U innych pacjentów, którzy przeżyli ARDS, czas gojenia płuc może wynosić 15 lat.

Niepokojące są też doniesienia z Belgii, gdzie pojawia się coraz więcej młodych ludzi z COVID-19. U pacjentów w wieku 30-50 lat badanych przez dr Ignace Demeyera z oddziału intensywnej terapii szpitala OLV w Aalst stwierdza się dotkliwe zniszczenia w płucach pomimo braku chorób współistniejących czy nałogów takich jak palenie tytoniu.

Chorzy zgłaszają się po około tygodniu spędzonym w domu na leczeniu domniemanej grypy, po tym, jak przez 2 dni odczuwali poprawę samopoczucia. W szpitalu pojawiają się z suchym kaszlem i spłyconym oddechem, a badania wykazują bardzo niskie nasycenie krwi tlenem. W niektórych sytuacjach wyniki tomografii komputerowej pokazują, że płynem zapalnym wypełnione jest nawet 80-90 proc. objętości płuc.

Na tym etapie konieczne może okazać się wprowadzenie procedur takich jak pozaustrojowe utlenowanie krwi (ECMO) poprzez zastosowanie krążenia pozaustrojowego, czyli tzw. sztucznego płuca.

Z badań wiemy ponadto, że zespół ostrej niewydolności oddechowej może skutkować upośledzeniem oczyszczania krwi z produktów przemiany materii przez nerki i uszkodzeniem wyściółki jelit. W tych rejonach również występują receptory, przez które wirus wnika do komórek, by się replikować. Gdy w organizmie dojdzie do rozwoju niewydolności wielonarządowej lub szoku septycznego, choroba kończy się śmiercią pacjenta.

Obecnie najbardziej obiecującą metodą leczenia zakażenia SARS-CoV-2 jest podawanie pacjentom bogatego w pożądane przeciwciała osocza ozdrowieńców, a także samych przeciwciał. Zaawansowane prace nad taką terapią prowadzi m.in. firma Regeneron Pharmaceuticals Inc.

Eksperci z tej firmy wyizolowali już setki w pełni ludzkich przeciwciał neutralizujących wirusa z organizmów opatentowanych, zmodyfikowanych genetycznie myszy, a także z krwi pacjentów, którzy wyzdrowieli po infekcji SARS-CoV-2. Badacze planują rozpoczęcie masowej produkcji leku zawierającego dwa z najsilniej działających przeciwciał do połowy kwietnia 2020, natomiast próby kliniczne z udziałem ludzi mogą odbyć się wczesną wiosną.

Preparat ma nie tylko wspomagać leczenie COVID-19, ale też działać profilaktycznie. Regeneron pracuje ponadto nad lekiem o nazwie sarilumab, który ma być przeznaczony dla chorych w stanie ciężkim.

Nad podobnymi rozwiązaniami badania prowadzi też jednak wiele innych firm w wyścigu do opracowania skutecznego rozwiązania problemu pandemii. Jedną z nich jest polski Biomed Lublin.

ZOBACZ: Koronawirus: jak długo wraca się do zdrowia?