Коронавирус распространяется во все уголки земного шара и почти наверняка окажет огромное влияние на то, как мы живем, в том числе на спорт, физические упражнения и отдых. В первой части статьи, состоящей из трех частей, мы подробно рассмотрим характеристики коронавируса и проблемы, которые он ставит перед всеми нами.
Примечание для читателя: это серия из трех частей. В первой части мы рассмотрим характеристики и эпидемиологию нового коронавируса. Во второй и третьей частях мы рассмотрим науку профилактики инфекций и повышения иммунитета с помощью противовирусного питания в случае возникновения инфекции. Мы не приносим извинений за цитирование науки, где это необходимо; как всегда, Peak Performance - это публикация на основе фактических данных, и информация, которую мы представляем вам, не создается «экспертами», правительствами, известными спортсменами и их тренерами или кем-либо еще. Мы и всегда будем руководствоваться проверенными данными научных исследований, которые мы используем для обоснования наших выводов.
В декабре 2019 года в городе Ухань в Китае стало происходить странное явление. Все больше пациентов стали поступать в местные больницы с серьезными затруднениями дыхания, вызванными необычной вирусной пневмонией. Что также озадачило врачей, так это то, что многие из этих пациентов были так или иначе связаны с оптовым рынком морепродуктов в Ухане (1). Последующий генетический анализ ответственного за вирус показал, что ответственный за вирус был типом коронавируса (см. Панель 1) (2). Однако, хотя он был генетически связан с двумя предыдущими вирусами - SARS-Cov и MERS-Cov, - он до сих пор никогда не наблюдался у людей и поэтому был назван «2019-Cov» или «SARS-Cov2». Однако, поскольку термин «новый коронавирус» или просто «коронавирус» в настоящее время используется большинством людей повсеместно, этот термин мы будем использовать в этой статье.
Панель 1: семейство коронавирусов
Коронавирусы являются «оболочкой» (где вирусные механизмы заключены в оболочку) РНК-вирусы, которые являются причиной широко распространенной инфекции у людей, других млекопитающих и птиц, что приводит к различным респираторным, желудочно-кишечным, печеночным и неврологическим заболеваниям. В частности, существует шесть видов коронавирусов, которые, как известно, вызывают заболевания человека (3). Четыре из этих вирусов, известные как 229E, OC43, NL63 и HKU1, часто встречаются у людей, обычно вызывая симптомы простуды у людей.
Два других штамма коронавируса - это коронавирус «Острый респираторный синдром» (SARS-CoV) и коронавирус «Средне-восточный респираторный синдром» (MERS-CoV). Это гораздо более серьезные инфекции нижних дыхательных путей (легких), которые часто приводили к летальным исходам во время вспышек вируса в 2003 и 2012 годах соответственно. Как и новый вирус Cov 2019 (7-й коронавирус, который эволюционирует и заражает человека), и SARS, и MERS были «зоонозными» по своему происхождению, то есть они возникли в результате коронавируса из другого вида, развивающегося и мутирующего в форму, способную заразить люди. Это является особой проблемой с коронавирусами из-за их большого генетического разнообразия, частой рекомбинации их генных последовательностей и из-за взаимодействия человека с животным, что позволяет происходить межвидовым инфекциям (4).
Рисунок 1: Коронавирус пойман на камере *
Новый коронавирус (в оранжевом цвете), выделенный от пациента в США, обнаруживается на поверхности клеток (в сером цвете). При внимательном рассмотрении обнаруживается сферическая оболочка, покрытая выступающими крошечными шипами. Эти «спайковые» белки используются для фиксации на рецепторах на поверхности клеток человека, проникновения в клетки, где может иметь место инфекция. Оказавшись внутри клетки, вирус «захватывает» генетический механизм клетки, перепрограммируя ее для создания копий коронавируса. * Изображение предоставлено Национальным институтом аллергии и инфекционных заболеваний / Rocky Mountain Laboratories, США.
Распространение вируса
2 января этого года китайские власти сообщили, что 41 пациент в Ухане заболел коронавирусом и проходил стационарное лечение. К 5 января число пациентов увеличилось до 59, причем семь из них находились в критическом состоянии. Вирус быстро распространился, и к концу января в Китае было подтверждено более 11 700 случаев заболевания с более чем 250 смертельными исходами. Оно не только широко распространилось по Китаю, но и стало распространяться в более чем дюжине других стран мира. В феврале наблюдалась тенденция к ускорению, и на момент написания статьи (13 марта) в мире было зарегистрировано почти 140 000 случаев заболевания коронавирусом, при этом более 5000 умерли. И хотя верно, что Китаю удалось установить контроль над вирусом - благодаря использованию чрезвычайных карантинных мер - распространение за пределы Китая быстро ускоряется, когда Всемирная организация здравоохранения объявляет о всемирной пандемии 11 марта.
Что коронавирус делает в организме?
Когда коронавирус попадает в организм через рот и глаза (и в меньшей степени через нос), а также при вдыхании в легкие, он может заразить клетки. Новое исследование показало, что эта инфекция происходит через вирусные «спайки» (S) белки, которые выходят из оболочки вируса (см. Рисунок 2) (5). Эти всплесковые белки могут воздействовать на ткани человеческого организма, которые экспрессируют рецепторы "АСЕ2" (ангиотензинпревращающего фермента). Эти ткани включают некоторые в верхних дыхательных путях, такие как те, которые находятся в горле, но также - и, что более важно, - те, которые находятся в легких (нижние дыхательные пути), которые экспрессируют высокую концентрацию рецепторов ACE2 (6).
Рисунок 2: Спайковые белки коронавируса
Спайковые белки, выступающие наружу из вирусной оболочки, используются для прикрепления и инфицирования рецепторов ACE2 в клетках человека.
Подобно механизму блокировки и ключа, спайковые белки коронавируса фиксируются на рецепторах ACE2 в ткани человека, что затем позволяет вирусной РНК (ее генетическому материалу) проникать в наши клетки. Оказавшись внутри, коронавирусная РНК эффективно захватывает машины для производства белка в ваших клетках и использует этот механизм, чтобы сделать тысячи своих копий. Эти новые вирусные частицы затем выпускаются из клетки обратно в организм, где они могут заражать тысячи новых клеток. Поскольку репликация вируса может очень эффективно происходить в легких, эффекты вируса наиболее заметны и выражены в нижних дыхательных путях.
Как это проявляется?
Как и в случае большинства инфекций, коронавирусная инфекция обычно начинается с легкой лихорадки и усталости, когда иммунная система объединяется против захватчиков. Симптомы, такие как боль в горле и сухой кашель (без слизистой), также могут присутствовать, отражая тот факт, что некоторые ткани верхних и нижних дыхательных путей могут быть инфицированы (7). При легкой инфекции эти симптомы могут ощущать все пациенты. Однако в более тяжелых случаях репликация вируса в легочной ткани происходит гораздо чаще, что приводит к таким симптомам, как одышка и боль в груди. Со временем у пациентов может развиться двусторонняя пневмония, когда альвеолярные поражения легких (вызванные вирусом) и накопление жидкости происходят в результате воспалительной реакции организма. Этот вид пневмонии обычно поражает оба легких и виден при компьютерной томографии, показывая «матовое стекло» или консолидированный вид (8). В этот момент кислородообменная способность легких становится сильно нарушенной, что означает, что пациенту требуется дополнительный кислород для поддержки, а в критических случаях - искусственная вентиляция легких, чтобы выжить.
Репликация вирусных частиц и связанное с этим повреждение, генерируемое в альвеолярных областях (тканях обмена кислорода) легких, является отличительной чертой в тяжелых случаях коронавируса. Это отличается от гриппа, где пневмония легкого обычно вызывается вторичной оппортунистической бактериальной инфекцией, которая возникает из-за ослабленной иммунной функции. Плохой приступ гриппа может привести или не привести к пневмонии, и когда это происходит, инфекция редко распространяется симметрично по обеим долям (9). При более тяжелых коронавирусных инфекциях двусторонняя вирусная пневмония является неотъемлемой частью процесса заболевания, поэтому она имеет гораздо более высокий уровень смертности, чем грипп (см. Рисунок 3).
Рисунок 3: Сравнение показателей смертности от гриппа и коронавируса по возрасту *
Смертность от коронавируса в 10-30 раз выше, чем от гриппа (который сам по себе является достаточно серьезным заболеванием). Эпидемиологические данные ясно показывают, что риск резко возрастает с возрастом, но, кроме детей младше 10 лет, кажется, что ни одна возрастная группа не застрахована от этого риска. * Данные из Китайского центра контроля заболеваний 2020.
Почему коронавирус вызывает такое беспокойство?
Как мы видели выше, коронавирусная инфекция может вызвать серьезные повреждения легких в тяжелых случаях, которые могут быть смертельными. Поскольку новый коронавирус является новым вирусом, и в настоящее время мы переживаем пандемию, невозможно точно определить коэффициент летальности (CFR) - это можно сделать только ретроспективно. Тем не менее, исследования, проведенные на сегодняшний день по китайским данным, оценили CFR от 2,2% (10) до 4,01% (11). Но даже это трудно определить, так как многие эпидемиологи выразили обеспокоенность тем, что китайские данные могут быть неполными. Мы можем сказать, что этот новый коронавирус менее смертелен, чем SARS (10,9% CFR) и MERS (CFR 34,7%) (12).
Еще одна причина для беспокойства заключается в инфекционности коронавируса. SARS и MERS оба новых (в то время) типа коронавируса были взяты под контроль и содержались без возникновения всемирной пандемии, поскольку их способность к распространению была гораздо более ограниченной, чем коронавирус. Короче говоря, случаи SARS / MERS были единичными, и распространение вспышек сдерживалось довольно быстро. Однако новый коронавирус не содержится и распространяется чрезвычайно быстро из-за его высокой скорости передачи и инфекционности.
Понимание номеров воспроизведения (R0)
Вирус, который может легко заразить других, очевидно, будет распространяться быстрее, чем вирус, который легко не вызывает инфекцию. Мера инфекционности известна как «основной номер воспроизведения» или «R0» для краткости. Значение R0 предсказывает, на сколько других людей зараженный человек передаст вирус. Таким образом, с вирусом со значением R0 2 каждый человек заразит в среднем двух других людей. Значение R0 невероятно важно для определения скорости распространения вируса. Это из-за эффекта цепной реакции. Например, возьмите вирус с R0, равным 2. Один человек заразит двоих, эти два человека заразят четыре, эти четыре заразят восемь и так далее. При R0, равном 3, в цепочке будет один человек, заражающий три, три человека, заражающие девять и так далее. Теперь возьмите цепочку из десяти последовательных передач. Начиная с одного человека, вирус с R0, равным 2, заразит 512 человек после десяти передач. Но если у вируса R0 равен 3, то после десяти передач будет заражено 19 683 человека!
Как правило, для распространения и распространения вирусу требуется R0, значительно превышающий 1,0. Значение R0, близкое к 1,0, будет означать, что оно не заразит достаточное количество людей, чтобы поддерживать его передачу в течение любого промежутка времени. И как только R0 падает ниже 1,0, количество случаев уменьшается, и цепь заражения разрывается. Исследования показывают, что базовое репродуктивное число (R0) нового коронавируса колеблется от 2,0-3,5 на ранней стадии его распространения, независимо от различных моделей прогнозирования (13). Тем не менее, математическое моделирование коронавируса в лаборатории Лос-Аламос в США показало, что R0 может достигать 4,7-6,6 (14). Это намного выше, чем у SARS и MERS (13), а также намного выше, чем у большинства распространенных штаммов гриппа, у которых, в зависимости от штамма, R0 составляет около 1,4-1,8 (15).
Важно также понимать, что R0 вируса также частично определяется его внутренней природой и средой, в которой он существует. Следовательно, вирус может иметь значение R0 2,5 в сообществе, где не применяются такие меры, как карантин, социальное дистанцирование и ограничения на передвижение. Однако, когда эти меры введены, эффективное R0 значительно падает - и это было продемонстрировано в случае вспышки коронавируса в Китае (16).
Бессимптомная передача и постоянство
Что такого в характеристиках коронавируса, который придает ему высокое значение R0 и возможность заражать многие другие, вызывая пандемию? Научные исследования по этой теме выявили три основных фактора:
# Бессимптомная передача во время инкубации - у инфицированных коронавирусом будет несколько дней инкубации, в течение которых симптомы отсутствуют, но когда вирусные частицы могут пролиться для заражения других (17). Типичная продолжительность инкубации составляет около 5 дней, но может быть гораздо больше (18). Короче говоря, многие заразные люди, вероятно, распространят вирус в своих сообществах до того, как у них появятся какие-либо симптомы, что делает сдерживание чрезвычайно трудным.
Распространение через капли и аэрозольную передачу - инфицированные люди могут легко пролить вирусные частицы через обширную область, кашляя и чихая. Это происходит как с помощью капельной, так и с аэрозольной передачей (19). Когда вирусные частицы превращаются в аэрозоль, они могут распространяться на гораздо более широкую область, чем при передаче исключительно капли, и поэтому являются более опасными (20). В статье, опубликованной 6 марта в журнале «Практическая профилактическая медицина», исследователи представили доказательства того, что в замкнутой среде, такой как автобус с кондиционером, коронавирус может попасть в воздух, заразить людей на расстоянии до 4,5 метров и остаться в течение 30 лет. минут после того, как инфекционный человек покинул эту среду (см. рисунок 4) (21). Хотя эти данные были собраны из одного конкретного случая, а не из контролируемого исследования, они дают полезную информацию о потенциальных проблемах, с которыми сталкиваются власти при замедлении распространения этого заболевания.
Сохранение на поверхностях - когда-то пролившийся на поверхности, коронавирус удивительно устойчив, что означает, что вероятность того, что кто-то дотронется до зараженной поверхности и перенесет частицы вируса в их глаза или рот, значительно возрастет. В новом анализе 22 исследований были изучены (структурно очень похожие) близкие родственники нового коронавируса, такого как SARS, MERS и простудные коронавирусы (22). Было обнаружено, что вирусные частицы могут выживать в целости (и, следовательно, заразиться) на неодушевленных поверхностях, таких как металл, стекло или пластик, в течение 9 дней.
Рисунок 4: Воздушная передача на автобусе (21)
Вид сверху на автобус. Видеозапись с камеры безопасности показала, что пациент «А» (красного цвета) не взаимодействовал с другими в течение четырехчасовой поездки, что указывает на передачу по воздуху. Но к тому времени, когда автобус остановился в соседнем городе, вирус уже перепрыгнул с авианосца на семь других пассажиров.
Сбой системы здравоохранения
На момент написания несколько спортивных мероприятий были отложены или отменены в целях замедления распространения коронавируса. В Японии Токийский марафон, запланированный на 1 марта, был отменен для всех немеждународных бегунов, и Бостонский марафон выглядит все более сомнительным. Между тем, Лондонский марафон был отложен до октября. Все футбольные матчи Премьер-лиги Великобритании были приостановлены до начала апреля, и есть также предположение, что Олимпийские игры в Токио 2020 года тоже могут стать жертвами. В связи с закрытием массовых мероприятий, общественных мероприятий и школ многие читатели могут задаться вопросом, почему принимаются такие исключительные меры для замедления распространения вируса? Ответ в цифрах. Высокий уровень R0 коронавируса в сочетании с тяжестью заболевания у значительного числа людей может привести к тому, что большое количество людей будет нуждаться в высоком уровне медицинской помощи, и все это одновременно - сценарий, с которым даже самая передовая система здравоохранения не справится. ,
Текущие данные о живых случаях свидетельствуют о том, что около 10% всех случаев коронавируса требуют госпитализации, т.е. нуждаются в кислороде, антибиотикотерапии и т. Д., И 5% всех случаев потребуют интенсивной терапии в постели интенсивной терапии (23) с механической вентиляцией и интубацией для оксигенировать пациентов. Без этой критической помощи пациенты не выживут. Поэтому большое количество случаев заболевания в любом регионе может привести к полной перегрузке даже самой передовой системы здравоохранения, что резко увеличит уровень смертности.
Выровнять кривую
Например, в Англии представители здравоохранения высказали предположение, что в худшем случае до 80% населения могут ожидать заражения в течение следующего года. Это означает 48 миллионов случаев или 4 миллиона случаев в месяц. Если 5% из этих случаев нуждаются в лечении в отделении интенсивной терапии, то это 200 000 случаев в месяц. Если учесть, что в Англии всего около 4100 койко-мест, вы можете себе представить последствия. Вот почему целью правительств и органов здравоохранения является (или должна быть) «сгладить кривую», то есть снизить пик заболеваемости путем замедления распространения вируса (с помощью таких мер, как дополнительные меры гигиены, социальное дистанцирование, закрытие школ, ограничения на поездки и даже карантин), так что меньшее количество случаев происходит в течение гораздо более длительного периода времени (см. рисунок 5).
Рисунок 5: Сглаживание кривой
Замедление и задержка распространения уменьшает величину пика, уменьшая вероятность сбоя системы здравоохранения.
На этом этапе также стоит отметить, что, хотя тяжелые случаи и смертельные случаи гораздо чаще встречаются у пожилых людей и людей с уже существующими заболеваниями, поступающие данные свидетельствуют о том, что молодые люди не полностью защищены от наихудшего воздействия вируса. Хотя подавляющее большинство случаев у молодых людей протекает в легкой форме, некоторые люди сообщают о гораздо более серьезных заболеваниях, требующих нескольких недель для полного выздоровления (24).
Кроме того, используя данные, обобщенные на рисунке 2 выше, мы можем видеть, что CFR для людей в возрастной группе 20-40 лет составляет около 0,2% - или два случая на тысячу. Если инфицированы миллионы молодых людей, данные предсказывают, что несколько тысяч из них могут привести к летальному исходу. Поэтому все мы обязаны действовать ответственно и принимать все возможные меры, чтобы уменьшить распространение этого вируса и свести к минимуму его последствия в случае заражения - на благо не только нас самих, но и всех членов сообщества. Молодой или старый.