Коронавирус и карантин меняют человеческую физиологию. Новые научные данные о COVID-19
COVID-19 вызывает не пневмонию, а гипоксию, уверены ученые Сычуаньского университета науки и технологий и Ибиньского университета. Напрашивается вывод: мы лечили не ту болезнь и не теми лекарствами. Но так ли это?
SARS-CoV-2 похищает железо?
Согласно теории китайских ученых, Вэньчжуна Лю из Сычуаньского университета науки и технологий и Хуалана Ли из Ибиньского университета, вирус SARS-CoV-2 атакует не легочные альвеолы, а клетки крови человека. Проникая внутрь эритроцитов, он связывается с молекулами гемоглобина, и "отрывает" у них ионы железа. Из-за чего красные кровяные тельца уже не могут осуществлять полноценный транспорт кислорода по кровотоку. Это приводит к тому, что развиваются:
- гипоксемия (снижение содержания кислорода в крови)
- гипоксия (полиорганная кислородная недостаточность)
- ОРДС (острый респираторный дистресс-симптом)
Что увеличивает, в том числе, и очаги воспаления в легких. Поэтому на компьютерной томографии грудной клетки врачи видят эффект "матового стекла", который соответствует картине пневмонии.
Что это значит?
Если Вэньчжун и Хуалан правы, и SARS-CoV-2 нарушает транспорт кислорода и заставляет "задыхаться" все органы и ткани в организме человека, то бороться надо не с пневмонией, а с гипоксией. А это в корне меняет тактику лечения коронавирусной инфекции.
Такие ошеломительные выводы из статьи китайских ученых произвели в мире эффект разорвавшейся бомбы. Не только в научных и медицинских кругах, но и в целом в обществе. Что удивительно, само исследование еще даже нигде не опубликовано. Статья ученых выложена в архиве препринтов ChemRxiv и только ожидает рецензии.
Значит ли такое внимание к работе китайских ученых, что они на самом деле разгадали патогенез болезни COVID-19? Мы наконец получим по-настоящему эффективное лечение и пандемия вот-вот закончится?
Ситуацию вокруг сенсационной научной теории для РБК прокомментировала Анча Баранова - доктор биологических наук, профессор Школы системной биологии Университета Джорджа Мейсона (Вирджиния, США) и научный директор Биомедицинского холдинга "Атлас".
Насколько точна "гемоглобиновая" гипотеза?
Если бы я была научным рецензентом этой научной статьи, я бы сказала: ребята, здорово, что вы сделали биоинформатическую статью, но у вас такие далеко идущие гипотезы, почему бы вам их не проверить? In vitro хотя бы? И они бы мне написали в ответ: мы же биоинформатики, кроме компьютера и сервера у нас ничего нет, другими методами проверить гипотезу не можем. Этим должны заниматься другие экспериментальные ученые. И как рецензент тогда бы я сказала: хорошо, принимается. Потому что это стандартная ситуация: биоинформатики не могут ставить эксперименты, это не их научная задача. Я и сама такие биоинформатические статьи пишу в большом количестве.
Но что сейчас произошло? Вместо того, чтобы эта статья осталась в информационном поле биоинформатики, как интересная, неортодоксальная гипотеза, которую нужно дальше проверять, она сразу скакнула в массовое сознание. И люди сделали вывод, что проблема с COVID-19 решилась, ура! Но на самом-то деле были просто сделаны компьютерные модели. Они только в компьютере существуют: нарисованный вирусный белок взаимодействует с нарисованным ионом железа и другим белком-гемоглобином, к которому этот ион железа прикреплен. И вот была посчитана энергия у этого взаимодействия и сделан вывод, что этот вирусный белок может "отрывать" ион железа от молекулы гемоглобина.
Еще недостатки?
Они есть. И это не только мое мнение. Как минимум, есть одна научная статья, которая также находится в статусе препринта - то есть еще не опубликована. В ней целый коллектив ученых выступает с критикой этой смелой "гемоглобиновой" гипотезы. Любопытно, что обычно ученые не отвечают на препринты, только на опубликованные статьи. А здесь ответили. И что же говорят критики? Они признают, что мысли китайских ученых идут в интересном направлении. Идея, что вирусные белки могут проникать внутрь эритроцитов и вытеснять железо из порфириновых ядер молекулы гемоглобина, и, как следствие, лишать красные кровяные тельца возможности транспортировать кислород, не кажется антинаучной. Тем не менее, оппоненты заметили, что в расчетах у китайцев были допущены ошибки, и их много. Как минимум, одна из них - очень грубая.
В чем ошибка: китайские биоинформатики описали комплекс, в котором происходило взаимодействие вирусных белков с молекулами гемоглобина, как комплекс с наивысшей энергией. Посчитав, что чем больше энергия комплекса, тем он стабильнее. Но в биологии больше - не значит лучше. Как раз наоборот - чем ниже энергия комплекса, тем он считается стабильнее. Подробнее - в статье ученых.
Это, конечно, ставит резонный вопрос: а насколько вообще китайские ученые были компетентны в том, чтобы делать смелые биологические выводы по чисто биоинформатическим расчетам? Но это все равно не значит, что авторы "гемоглобиновой" гипотезы COVID-19 - плохие ученые. Так точно не стоит думать. Они показали гибкость ума, новую постановку проблемы. Они посмотрели туда, куда еще никто не смотрел. Нашли инструменты, которыми можно решить проблему. Но, да, - допустили ошибки. И это тоже нормально. Таких научных статей, где есть новая гипотеза, но доказательства у нее не совсем убедительные - миллион.
Можно ли проверить гипотезу китайцев?
Конечно, и довольно легко.
Эксперимент номер один. Вирусные белки уже давно экспрессированы по отдельности. Можно взять каждый из этих, в теории железо-связывающих, белков, налить их в пробирку, туда же добавить ионы железа и посмотреть - связываются они с ними или нет? Такой эксперимент можно сделать за день-два и это будет полностью безопасно.
Эксперимент номер два. Его можно провести уже не с ионами железа, а с самим гемоглобином. То есть взять молекулы гемоглобина, на которых сидят гемы с ионами железа, и в эту же пробирку поместить вирусные белки. Станет сразу понятно: могут они "отрывать" железо от гемоглобина, ведь оно к нему довольно крепко "прикручено"? Или эти вирусные белки только свободное железо в растворе связывают?
Эксперимент номер три. Можно забыть об in vitro и сразу отправиться к пациентам. У нас есть заболевшие COVID-19 и некоторые люди, к сожалению, умирают от пневмонии. После того, как они умирают, проводится вскрытие, чтобы понять, что произошло с легкими. И вот тут можно сделать тест на аккумуляцию железа. Это один из простейших патанатомических тестов, хотя далеко не каждый патанатом догадается его сделать.
Все же смерть пациентов наступает не от гемохроматоза, а от респираторного заболевания. Но главное, что тесты такие есть. И, в принципе, любой патанатом может его провести, после чего раз и навсегда закрыть этот вопрос.
Но тут вот какой нюанс: поскольку людей от COVID-19 погибло уже довольно много, и патанатомы в разных странах уже провели большую работу по изучению состояния легких умерших, мне кажется немного странным, что никто из них не заметил такую странную вещь, как отложение железа в легких. А ведь это не так уж трудно заметить, как мы выяснили. Но почему-то об этом нам никто еще не сообщал. Из чего я пока делаю вывод, что авторы нашумевшей статьи сделали действительно слишком далеко идущие выводы.
Почему "сырая" работа китайцев стала мировой сенсацией?
Одновременно вместе с этой теорией с переднего края практической медицины пришли сообщения о том, что людей, попавших в госпиталь с диагнозом COVID-19, даже если они задыхаются, не надо сразу переводить на ИВЛ. Врачам стало понятно, что эта мера редко приводит к выздоровлению пациентов. Даже реже, чем при отеке легких, возникшем по каким-то другим причинам. По статистике США, только 15-20% людей с диагнозом СOVID-19 возвращается к жизни после трехдневной искусственной вентиляции легких. Остальные, к сожалению, умирают.
Есть и такой нюанс: независимо от причины попадания на ИВЛ, многие выжившие после этого испытывают проблемы с памятью, почками и не только. Не все, конечно, а те, кому особо не повезло. А это "не повезло" определяется опять же исходным состоянием здоровья. Многое зависит от уровня воспаления в организме, в особенности нейровоспаления. Почему? Уже известно, что вирус SARS-CoV-2 в некоторой степени нейротоксичен.
Поэтому у больных тяжелой формой COVID-19 наблюдается много неврологических симптомов: аносмия (потеря обоняния), дезориентация, головная боль. При этом у многих параллельно появляется еще и одышка. А, значит, и гипоксия. Важное уточнение: эта гипоксия может быть вообще никак не связана с гемоглобиновой теорией китайцев и тем, что вирусные белки влияют на транспорт кислорода. Но что нужно человеку с одышкой и гипоксией? Конечно, кислород. Однако, если его сразу положить на ИВЛ с этой самой гипоксией, то нейровоспаление в организме будет только усиливаться. Именно поэтому во многих госпиталях США и Европы приняли решение как можно дольше давать таким пациентам просто чистый кислород. Через специальные маски, или еще как-то, но повышать содержание кислорода в организме. И самое главное - чтобы при этом пациенты дышали самостоятельно. Это решение, кстати, уже даже закреплено на уровне гайдлайнов больниц.
А теперь вернемся к гемоглобиновой теории китайцев. Новость об этой публикации просто совпала по времени с сообщениями от врачей, которые начали говорить о том, что больным нужен кислород, а не ИВЛ. Из-за чего в сознании большинства сложилась такая картина: кислород нужен, потому что вирус нарушает его транспорт в крови. Просто уникальное совпадение. Отсюда вся шумиха.
Гемоглобиновая фантазия не поможет понять патогенез болезни COVID-19?
Вообще-то патогенез COVID-19 уже понятен. Тут загадки, на мой взгляд, нет. Мы знаем, как вирус попадает в человека. Он крепится к специфическим рецепторам наших клеток - ACE2 рецепторам. Они есть на многих клетках нашего организма. Например, в кишечнике очень большая концентрация ACE2 рецепторов.
Разнообразная и непредсказуемая картина, которую мы видим после того, как заражение произошло, связана уже не с самим вирусом. А с тем, какой у каждого из нас текущий иммунный статус, какие болезни в анамнезе, какой образ жизни каждый из нас ведет. И, конечно, большую роль играет наша генетика.
То есть мы все изначально различаемся по предрасположенности подхватить вирус, а также по предрасположенности - сильно реагировать на вирус или не сильно.
По всей видимости, мы различаемся и по нашей индивидуальной способности развивать на этот вирус иммунитет. Вирус SARS-Cov2 - это родственник вируса SARS-CoV. SARS-вирус вообще называется вирусом атипичной пневмонии. То есть, в принципе, у нас ничего странного не происходит по сравнению с заражением первым SARS. Там у нас тоже была неоднозначная патогенность или атипичная патогенность. Но теперь-то мы понимаем, что такая патогенность как раз типична для семейства вирусов родственных SARS-CoV. То есть нам надо говорить не о загадочном патогенезе болезни, а просто о новом механизме патогенности вируса. Поэтому нам нужно поскорее разобраться не с вирусом собственно, а с тем, как наш организм на него реагирует. Понять, чем именно отличается ответ организма, который справляется с инфекцией легко от ответа организма, который переносит болезнь в тяжелой форме? И от каких факторов это зависит, кроме возраста, текущих заболеваний и так далее.
На мой взгляд, настоящая загадка у этой болезни только одна - мы пока совсем не понимаем, как будет проходить повторное заражение. То есть в случае, когда человек переболел, а потом его иммунитет к COVID-19 взял и кончился, потому что был непрочным. Как в этой ситуации будет переноситься болезнь? В более легкой или более тяжелой форме? А может, в такой же? Или болеть никто не будет вообще?
Стоит ли ждать по-настоящему "железных" сенсаций о COVID-19?
Я считаю, главное, что вскоре произойдет - мы поймем, что происходит с людьми после того, как они перенесли коронавирусную инфекцию. И здесь я говорю не об иммунитете, а именно о последствиях заболевания. Какие признаки говорят о том, что состояние здоровья человека вернулось к нормальному, а какие - что не вернулось. Более того, у нас будут количественные меры, с помощью которых мы научимся понимать, насколько плохо или насколько благополучно каждый конкретный человек вышел из этого заболевания. И скоро-скоро мы ждем данных по когортам выздоровевших, чтобы все это понять.
Да, у нас уже есть данные по Китаю и Южной Корее. Но все-таки их нельзя экстраполировать на ту же Европу. И не потому что в этих данных какие-то ошибки - просто этничность другая. Система здравоохранения, условия, в которых все измеряется - тоже другие. То, что корейцу нормально, европейцу - нет, и наоборот. Поэтому мы ждем прежде всего данных из Европы и Америки - там, где у нас сильный размах эпидемии.
Есть еще одна важная вещь, которую мы ждем - это информация о том, как в результате карантина изменилось состояние здоровья людей с другими заболеваниями. То есть тех, кто не заболел коронавирусной инфекцией, но тех, чьи хронические болезни изменили свое течение: ухудшились или просто как-то изменились в условиях карантина. Ведь эти люди, возможно, как и многие, изменили диету. Находились под большим стрессом. Не могли обращаться к врачу. Не получали те лекарства, которые были необходимы. Все эти данные сейчас обрабатываются. Одним словом, сейчас идет огромный эксперимент во всем мире над всеми нами. И он о том, как меняется человеческая физиология в условиях пандемии и карантина. А она совершенно точно меняется. Большой вопрос, как именно?
Долгосрочные перспективы пандемии COVID-19?
Пока точно могу сказать об одном - уровень биологической грамотности у людей во всем мире в результате этой истории возрастет просто гигантски. И это прекрасно. Я надеюсь, многих подростков, да и вообще молодежь, это сподвигнет на то, чтобы всерьез заняться наукой. Потому что в будущем нам абсолютно точно понадобится еще больше ученых-биологов.
