Весняна хвиля COVID-19 буде значно вища і стрімкіша, ніж осіння, та може стати національною катастрофою
Попереджає один із перших дослідників пандемії COVID-19, викликаної коронавірусом SARS-CoV-2, – лікар і науковець, кандидат біологічних наук Володимир Галицький (Інститут біохімії імені О.В. Палладіна НАН України).
Що лежить в основі хвилеподібного перебігу епідемії COVID-19? Чим особлива і скільки триватиме весняна хвиля епідемії COVID-19 в Україні? Чи можна ще щось встигнути зробити, аби запобігти найгіршому сценарію та знизити число жертв? Про це старший науковий співробітник відділу молекулярної імунології Інституту біохімії імені О.В. Палладіна НАН України кандидат біологічних наук Володимир Галицький розповів в ефірі програми телеканалу «Київ» та в ексклюзивному коментарі пресслужбі НАН України.
Днями на Facebook-сторінці Володимира Галицького було оприлюднено прогноз весняної хвилі епідемії COVID-19 в Україні. Очолювана ученим міжнародна група науковців ще минулої осені ідентифікувала ключові молекулярні механізми, що лежать в основі хвилеподібного перебігу пандемії COVID-19, та дійшла висновку, що весняна хвиля епідемії COVID-19 в Україні почнеться наприкінці зими – на початку весни і супроводжуватиметься вищим рівнем захворюваності, значно більшою кількістю важких випадків та значно вищою летальністю, ніж осіння хвиля.
У теперішньому прогнозі вчений уточнює, що весняна хвиля епідемії триватиме до середини травня, а її пік припаде на початок квітня. На піку щоденна кількість нових випадків може сягнути 40 тисяч (інше питання, скільки з цих випадків буде підтверджено, оскільки лабораторні потужності на сьогодні все ще залишаються дуже обмеженими), а щоденна кількість смертей – перевищити тисячу, особливо якщо можливості системи охорони здоров’я будуть вичерпані.
«Висновки базуються на даних вивчення розвитку епідемії протягом весни–літа минулого року у країнах Північної півкулі та протягом літа–осені минулого року у країнах Південній півкулі. Ми встановили, що весняна хвиля епідемії обумовлена сезонним відновленням експресії основного вірусного рецептора – ангіотензин-перетворюючого ензиму (ферменту)-2 (ACE-2) – з початком зростання тривалості світлового дня. Причому велика кількість цього рецептора експресується саме епітелієм легень. Відповідно, відбувається різке (в сотні разів) зростання сприйнятливості, а легенева тканина стає основним об’єктом вірусної атаки, – пояснив дослідник журналістам інформаційної програми «Київ.Newsroom» телеканалу «Київ». – Інтенсивне проведення щеплень могло би стати на заваді стрімкому розвитку епідемії в Україні. Щоб зірвати весняну хвилю захворюваності, на цей момент слід було б вакцинувати вже близько 50-70% населення, однак темпи вакцинації у нас, на жаль, дуже невисокі».
На думку Володимира Галицького, час уже непоправно втрачено, але ще можна запобігти найгіршому сценарію.
«Необхідно негайно припинити будь-які спроби загравати з епідемією та якнайскоріше запровадити на усій території України повномасштабні протиепідемічні заходи – аж до суворого карантину й зупинки роботи громадського транспорту. Необхідно розгортати тимчасові госпіталі, як торік в Ухані; максимально прискорити вакцинацію, насамперед вакцинацію медичного персоналу; збільшити потужності для лабораторної діагностики».
Науковець радить громадянам уникати поїздок у громадському транспорті; утриматися від відвідання масових заходів, спортзалів, розважальних закладів, закладів харчування; загалом уникати всіх контактів, без яких можна обійтися; носити респіратори зі ступенем захисту FFP3 і захисні окуляри; за можливості – вакцинуватися.
* * *
До вашої уваги розгорнутий ексклюзивний коментар, наданий пресслужбі НАН України кандидатом біологічних наук Володимиром Галицьким, про причини та сезонні особливості хвилеподібного перебігу епідемії COVID-19.
– Ще у середині січня 2020 року, коли епідемія COVID-19 лише розгоралася в Ухані (Китай), з оцінки швидкості поширення інфекції нам стало зрозуміло, що ця епідемія становить собою значно серйознішу небезпеку, ніж спалахи атипової пневмонії, викликаної коронавірусом SARS-CoV, чи близькосхідного респіраторного синдрому, викликаного коронавірусом MERS-CoV.
Відповідно, в ініціативному порядку ми відстежуємо динаміку поширення епідемії у містах, що були (Ухань) чи залишаються одними з найбільших епідемічних осередків у світі (або ж, навпаки, були чи є прикладом відносного епідемічного благополуччя, яке теж потребує пояснення). Також оцінювалася загальна динаміка епідемії в Україні, Італії, Великій Британії, Франції, Бельгії, Нідерландах, Швеції, Росії, Німеччині, Швейцарії, Австрії, Іспанії, Португалії, Тунісі, Ізраїлі, Лівані, Саудівській Аравії, Катарі, ОАЕ, Ірані, Індії, Китаї, Японії, США, Канаді, Бразилії, Аргентині, Чилі, Південно-Африканській Республіці, Австралії, Новій Зеландії.
У цей час розгортається вже третя хвиля епідемії COVID-19. Ми з певністю можемо ідентифікувати її саме як третю, базуючись як на оцінці динаміки епідемії, так і на нашому висновку, що в різні пори року коронавірус SARS-CoV-2 використовує не одні й ті ж клітинні рецептори, аби проникнути в клітини організму.
– Що являють собою рецептори, з якими взаємодіє коронавірус?
– Коронавірус SARS-CoV-2 є точною молекулярною машиною та інфікує не будь-які клітини, а лише ті, на поверхні яких знаходяться вірусні рецептори – білкові молекули, що їх може розпізнати, як ключ – замок, рецептор-зв’язуючий домен на вершині коронавірусного S-білка.
Оскільки коронавірус поширюється переважно через повітря у складі мікрокраплинок та, в деяких випадках, у вигляді справжнього аерозолю, для інфікування організму основне значення має наявність відповідних вірусних рецепторів на поверхні саме тих клітин, які вистилають верхні та нижні дихальні шляхи (а також кон’юнктиву – слизову оболонку ока). І тому вирішальну роль у зараженні відіграє експресія молекул ангіотензин-конвертуючого ферменту-2 (англ. аngiotensin converting enzyme 2, ACE2) та нейропіліну-1 (NRP1, він же CD304) на клітинах дихальних шляхів і кон’юнктиви, хоча взагалі на сьогодні відомо декілька рецепторів, з якими коронавірус SARS-CoV-2 може зв’язуватися.
NRP1 є рецептором фактора росту ендотелію VEGF та семафоринів. Це давній знайомий, як мій, так і всіх науковців, які вивчають молекулярні основи канцерогенезу. Трансформовані клітини у переважній більшості експресують NRP1, що вказує на його ключову роль у злоякісному рості. Треба відзначити, що експресія гена NRP1 підпорядковується фотоперіодизму, посилюючись при скороченні світлового дня. Це може проявлятись у посиленні ангіогенезу та прискоренні росту деяких пухлин – особливо тих, що походять із нервової тканини, – в осінній період. І справді, один із піків виявлення гліобластоми припадає на жовтень–листопад.
ACE2 експресується, крім альвеолярного епітелію, клітинами більшості тканин організму (і це визначає широке коло органів і систем, які може вразити коронавірус SARS-CoV-2). Взагалі, одна з основних фізіологічних ролей ACE2 полягає в інактивації судинно-звужуючого пептиду ангіотензину-2 з утворенням судинно-розширюючого пептиду ангіотензину 1-7, тому ACE2 відповідає за збереження мікроциркуляції крові у життєво-важливих органах та за зниження артеріального тиску і запобігання легеневій гіпертензії. ACE2 функціонально пов’язаний із ренін-ангіотензин-альдостероновою системою, разом з якою, очевидно, відповідає, серед іншого, за адаптацію організму до існування у широтах, де відбувається зміна пір року, а також мають місце періоди дефіциту вологи.
– Що лежало в основі осінньої хвилі COVID-19?
– На відміну від коронавірусів, що викликали епідемії SARS і MERS, коронавірус SARS-CoV-2 уміє зв’язуватися з NRP1. Очевидно, посилення експресії NRP1 у період між літнім і зимовим сонцестоянням збільшує сприйнятливість клітин до зараження коронавірусом SARS-CoV-2 у цей час та лежить в основі осінньої хвилі епідемії COVID-19, тому вона восени не стихає. Закономірно, що клінічна картина COVID-19 в осінню пору насамперед проявляється симптомами ураження клітин верхніх дихальних шляхів, котрі експресують NRP1, – втратою нюху і смаку. Також, як наслідок проникнення вірусу в нейрони і його поширення у нервовій тканині, переважають неврологічні розлади, але не ознаки первинного вірусного ураження легеневої тканини, яка не експресує NRP1 (у той же час, експресія ACE2 у осінньо-зимову пору перебуває на низькому рівні).
Ще восени 2020 року ми очікували, що осіння хвиля триватиме, допоки зменшується тривалість світлового дня – тобто до періоду зимового сонцестояння (плюс інкубаційний період), і, залежно від кліматичних умов та географічної широти, як показав аналіз поширення COVID-19 у країнах Південної півкулі, перейде у весняну хвилю або майже відразу, або після деякого періоду, протягом якого щоденна кількість нових випадків призупиняє зростання чи навіть дещо спадає. Останній варіант і передбачався для України; захворюваність протягом січня справді досягла значень, найнижчих після осінньої хвилі.
– А чим обумовлена весняна хвиля COVID-19 і чому вона значно небезпечніша?
– Наприкінці зими або на початку весни експресія основного вірусного рецептора – ACE2 – відновлюється та стрімко зростає, чим і обумовлене різке підвищення сприйнятливості до інфікування коронавірусом у цей період – для гарантованої зустрічі віріонів із рецепторами на поверхні клітин альвеол легень стає потрібна у сотні разів менша кількість віріонів. Окрім того, коронавірус, реплікуючись у заражених клітинах, може встигнути інфікувати значну площу альвеолярного епітелію за час, протягом якого імунна система готує імунну відповідь.
Що дуже важливо, стає можливим (і, скоріш за все, поширеним серед інфікованих осіб) явище суперрозповсюдження – з великої площі сприйнятливого і зараженого епітелію легень виділяється величезна кількість нових віріонів, причому у вигляді аерозолю. Контакт із суперрозповсюджувачем практично неминуче гарантує інфікування, а без засобів індивідуального захисту така зустріч небезпечна зараженням відразу всього об’єму легень із відповідними наслідками. І взагалі, за умов гіперекспресії ACE2 для одномоментного зараження значного об’єму легень теж достатньо меншої кількості віріонів.
Масивне вірусне ураження легень може спричинити вивільнення великої кількості медіаторів запалення – цитокіновий шторм. Таким чином, під час весняної хвилі легенева тканина стає первинним і основним об’єктом ураження в організмі (що не виключає й інших ускладнень).
Відповідно, для весняної хвилі COVID-19 характерний стрімкий розвиток як наслідок суперсприйнятливості та суперрозповсюдження, значна кількість важких і летальних випадків.
– Яка роль факторів довкілля у поширенні епідемії COVID-19?
– Ми виявили, що під час весняних хвиль епідемії має місце стійка позитивна кореляція між щоденною захворюваністю на COVID-19 і рівнем атмосферного тиску, сильна в період перед стрімким зростанням кількості нових випадків і під час такого зростання. Це вказує на те, що у короткострокових змінах сприйнятливості до коронавірусу можуть відігравати роль метеообумовлені зміни експресії ACE2 – при підвищенні атмосферного тиску експресія ACE2 зростає.
У країнах, розташованих високо над рівнем моря, зокрема Швейцарії, весняна епідемія може розвиватися швидко, але кількість летальних випадків відносно менша.
Для двох епіцентрів – Лос-Анджелеса та Нью-Йорка – було досліджено зв’язок рівня атмосферного тиску й летальності від COVID-19 і в обох випадках під час весняних хвиль виявлено обернену кореляцію між цими параметрами, що теж узгоджується з ідеєю про вплив атмосферного тиску на рівень експресії ACE2.
Показово також, що у м’якому вологому кліматі Сан-Дієго (США, штат Каліфорнія) епідемія COVID-19 проявляла себе значно стриманіше, ніж в умовах майже пустельного клімату Лос-Анджелеса, розташованого всього лише за 200 км північніше. А минулорічна весняна хвиля епідемії в італійському регіоні Ломбардія блискавично розвивалася на фоні тривалого дуже сухого періоду. Цьогоріч у Ломбардії вологість поки що є значно вищою, ніж торік, тому розвиток епідемії не є настільки стрімким, за винятком Брешії. Показово, що минулого року весняна епідемія у Венеції на тлі високої вологості повітря теж не мала блискавичного характеру, хоча у цьому регіоні випадки COVID-19 були виявлені одними з перших в Італії.
– Що лежить в основі завершення весняної та осінньої хвиль?
– Різке сезонне, обумовлене фотоперіодизмом, зменшення кількості вірусних рецепторів на поверхні клітин та припинення суперрозповсюдження. Але аж ніяк не поява ослаблених штамів – до речі, у випадку SARS-CoV-2 їх поки що не виявили.
Зазвичай вважається, що епідемічна хвиля закінчується, коли перехворіє та набуде імунітету значна частина населення. Але хвилі поширення COVID-19, як правило, згасають задовго до того, як перехворіє переважна частина населення, навіть з урахуванням кількості незареєстрованих випадків. І навіть попри присутність більш вірулентних штамів.
Ясна річ, обмежувальні протиепідемічні заходи зменшують поширення інфекції та сприяють швидшому згасанню епідемічної хвилі. Окрім того, в Ізраїлі у стримуванні нинішньої хвилі вирішальну роль відіграла масова і чітко проведена вакцинація.
– Чи можна ще встигнути запобігти катастрофічному сценарію розвитку епідемії в Україні?
– Руйнівний потенціал весняної хвилі епідемії COVID-19 очевидний.
Ми попереджали ще з осені, ще до моменту виявлення більш вірулентних штамів, що весняна хвиля неминуча і супроводжуватиметься високою кількістю важких випадків, що потребуватимуть госпіталізації, а також високою летальністю. На жаль, нікого це не цікавило.
Стратегічний план протидії епідемії COVID-19 на державному рівні не створений. Так званий «адаптивний карантин» є хибним у самій своїй основі – зважаючи на час від моменту інфікування і до моменту, коли стає відомою кількість нових випадків чи кількість госпіталізацій, тим паче, до моменту посилення протиепідемічних заходів, а також на те, що суворіші заходи запроваджуються при перевищенні деяких рівнів, а не при виявленні загрозливих тенденцій, «адаптивний карантин» є дуже запізнілою реакцією і в принципі не може запобігати поширенню інфекції.
Необхідно негайно вжити всіх можливих протиепідемічних заходів. Дорого? На жаль, така плата за зволікання і бездіяльність, і взагалі за десятиліття неуваги до науки і медицини та потурання розкраданню бюджетних коштів, внаслідок чого їх постійно не вистачало для розвитку вітчизняної науки і технологій.
Прес-служба НАН України
