Человеку становится трудно дышать, сатурация (содержание кислорода) в его крови падает, и без внешней поддержки шансы поправиться стремительно снижаются. В некоторых случаях больные выкарабкиваются с этой стадии сами или при помощи дополнительных порций кислорода, который подается в организм через носовые канюли или маску — наверняка вы видели характерные пластиковые трубочки у героев фильмов и сериалов про больницу. Иногда для достижения результата приходится подавать кислород с высокой скоростью (высокопоточная кислородотерапия) или использовать аппараты, подающие воздух в дыхательные пути под давлением через лицевую маску (неинвазивная вентиляция легких). Но у некоторых пациентов все больше альвеол будут заполняться жидкостью и из строя выйдет значительная часть легких. Такое состояние называется ОРДС (острый респираторный дистресс-синдром), и оно крайне опасно. Без искусственной вентиляции легких (ИВЛ), когда воздушная смесь подается через трубку непосредственно в трахею, или, в самых тяжелых случаях, без насыщения крови O2 при помощи метода ЭКМО (экстракорпоральной мембранной оксигенации), когда через специальные катетеры у больного забирают кровь, обогащают ее кислородом и вводят обратно в организм, шансы на выживание стремятся к нулю.
Рис. 7. Альвеолы здоровых легких — это надутые шарики, в которых происходит газообмен. Когда вирус проникает в составляющие их клетки, иммунная система начинает уничтожать зараженных. В результате пневмоциты не могут нормально работать, альвеолы заполняются жидкостью и схлопываются, а обмен газами нарушается
Пожалуй, самый «медийный» признак COVID-19 — характерные вкрапления в легких по типу матового стекла, которые выявляют на КТ. В какой-то момент на заре эпидемии в Китае даже ставили диагноз «коронавирусная инфекция» исключительно на основании этого симптома (потом, правда, от этой практики отказались, так как «матовое стекло» может появляться и при пневмониях, вызванных другими вирусами, например тем же гриппом). Многие пациенты, подозревающие, что могли подхватить SARS-CoV-2, настаивают на КТ-диагностике, а узнав, что в их легких есть то самое матовое стекло, начинают требовать немедленной госпитализации и глотать все таблетки, о которых прочли в интернете. При этом в подавляющем большинстве случаев таким пациентам не нужна никакая внешняя поддержка и они благополучно поправятся, сидя дома. Вкрапления по типу матового стекла часто обнаруживаются даже у бессимптомных больных[126], которые не отмечают никакого ухудшения самочувствия. Так что сам по себе этот признак не является показателем тяжелых необратимых изменений в легких.
Но тотальное поражение легких не единственная причина тяжелого течения и смерти от COVID-19. У многих больных, попадающих в реанимацию, отказывают и другие органы — от почек до сердца. Одна из главных причин поломок — гиперреакция иммунной системы, в том числе переходящая в так называемый цитокиновый шторм. Этим термином называют неконтролируемый выброс иммунными клетками особых молекул — цитокинов, химических посланий, при помощи которых клетки обмениваются друг с другом сигналами и приказами{28}. Когда в организме распространяется патоген, смысл таких посланий сводится к нескольким основным вещам: активировать и позвать к месту атаки новые иммунные клетки и запустить реакцию воспаления, чтобы облегчить им доступ. Вновь прибывшие клетки также выделяют цитокины, призывая все новых и новых бойцов (их называют Т-киллеры или цитотоксические Т-лимфоциты), которые приходят, убивают зараженные клетки и тоже выделяют провоспалительные цитокины. В норме реакция воспаления ограничена во времени: когда большая часть врагов (в данном случае — инфицированных клеток) уничтожена, армия складывает оружие и уходит. Но в некоторых случаях из-за наплыва иммунных клеток в отлаженных механизмах происходит сбой: привлекаемые провоспалительными цитокинами цитотоксические Т-лимфоциты и другие иммунные клетки вместо того, чтобы уйти, все прибывают и прибывают на место атаки и при этом тоже выделяют химические сигналы, стимулирующие воспаление. Ткани, находящиеся в состоянии постоянного воспаления, не могут нормально работать, плюс ненормальный паттерн цитокинов может запускать «самоубийство» (апоптоз) клеток[127],[128]. Вследствие глобального сбоя в коммуникации и работе иммунных клеток патологическая реакция иммунной системы повреждает сосуды. При обычном воспалении они расширяются, а выстилающие их клетки — эндотелиоциты — немного раздвигаются, чтобы бойцам иммунной системы было проще добираться до места атаки. Цитокиновый шторм сопровождается нарастающим воспалением, из-за чего сосуды постоянно расширены, а давление снижено. В результате все органы систематически недополучают кислород (грубо говоря, кровь не добивает туда). Если это продолжается достаточно долго, органы выходят из строя, особенно если с какими-то из них и так есть проблемы. Дополнительно поломкам способствуют все те же медиаторы воспаления, влияющие на работу митохондрий — клеточных органелл, которые, собственно, отвечают за использование кислорода. Другими словами, при цитокиновом шторме самые разные части тела начинают страдать от гипоксии. Кроме того, сверхконцентрированный коктейль из разных медиаторов воспаления сводит с ума иммунные клетки, и они начинают повреждать все подряд, в том числе эндотелиоциты. Пытаясь предотвратить неизбежное в таких случаях кровотечение, запускаются механизмы свертывания крови. Итог — многочисленные микротромбы, ухудшающие и без того плохую циркуляцию крови. Впрочем, окончательно механизмы, которые усиливают свертываемость крови и провоцируют образование тромбов при COVID-19, сегодня не ясны, но похоже, что предсуществующие нарушения в работе сосудов у пациентов из групп риска могут определять повышенную вероятность тяжелого течения COVID-19[129].
Игры с иммунитетом
Отказ легких, сверхмощная реакция иммунной системы вплоть до цитокинового шторма, гиперкоагуляция и тромбоз сосудов в различных органах — коронавирус убивает зараженных самыми разными способами. Вероятно, ученые хотя бы отчасти поняли, почему именно SARS-CoV-2 провоцирует настолько несбалансированный ответ иммунной системы. За миллионы лет совместной эволюции со сложными существами, у которых есть хитрая иммунная система, состоящая из многих участников, вирусы научились блокировать и обходить ее. Глобально клеточную защиту от вирусов можно разделить на две составляющие: так сказать, авангард и основные силы. Авангард — это система интерферонов, белков, которые быстро останавливают в зараженных клетках белковый синтез, соответственно, перестают производиться и белки вируса. Интерфероны действуют не только внутри зараженной клетки: они выделяются вовне и превентивно останавливают синтез белков в соседних клетках.
Основные силы призываются цитокинами: они стимулируют масштабную реакцию воспаления и привлекают главных убийц иммунной системы. Обнаружив внутри себя вирусы (обычно их выдают необычные двуцепочечные молекулы РНК, образующиеся при размножении вируса как побочный продукт), клетка первым делом запускает синтез интерферонов, конкретно интерферонов I и III. Эти белки сдерживают размножение вируса, давая основным силам время как следует подготовиться, например научиться вырабатывать максимально специфичные антитела. Если интерфероны не справляются, включаются гены, запускающие синтез других цитокинов, главным образом провоспалительных.
Большинство вирусов так или иначе вмешиваются в работу обеих этих систем — но не SARS-CoV-2. Хитрый коронавирус при помощи сразу нескольких своих белков мешает клетке запустить интерфероновый ответ, при этом никак не влияя на провоспалительный цитокиновый[130]. Без интерферонов вирус продолжает спокойно размножаться, а ничем не сдерживаемый синтез цитокинов приводит к развитию патологического воспаления. Кажется, что такое поведение невыгодно для вируса, ведь мертвый хозяин не может эффективно передавать его дальше. Но, к несчастью для хозяина, это не так: как мы уже обсуждали, пик заразности SARS-CoV-2 приходится на период «около» развития симптомов, поэтому смерть хозяина примерно через три недели после их появления вирус уже не волнует.
Похоже, что главный блокатор интерферона — это белок ORF3b. По сравнению с SARS, кодирующая его последовательность очень сильно укорочена, и первое время ученые думали, что этот огрызочек потерял всякую функциональность. Новые данные указывают, что все ровно наоборот и куцая версия ORF3b мешает выработке интерферона куда эффективнее полноразмерной[131].
Укорочение белка ORF3b происходит за счет того, что в кодирующей его исходной последовательности из-за мутаций появляются несколько так называемых стоп-кодонов — особых сочетаний нуклеотидов, наткнувшись на которые рибосома (молекулярная машина, строящая белки на основе информации из РНК-матрицы) прекращает работать. Однако совсем короткие версии ORF3b блокируют выработку интерферона хуже, чем те, что длиннее (то есть в кодирующей их последовательности стоп-кодон стоит позже)[132]. Два таких удлиненных коротких варианта были обнаружены у вирусных штаммов, полученных от двух тяжелобольных пациентов из Эквадора (один из них позже умер). Предполагается, что они образовались в результате мутаций или спонтанной рекомбинации (обмена фрагментами РНК) между двумя вирусами. Пока не ясно, распространены ли такие штаммы с «удлиненно-короткими» ORF3b в популяции или это так называемые квазивиды коронавируса, образующиеся в организме конкретного пациента. Но если почему-либо SARS-CoV-2 c «удлиненно-коротк