Cơ thể phản ứng thế nào khi bị lây nhiễm virus SARS-CoV-2? Những quá trình sinh lý nào giúp hoặc cản trở chúng ta trong việc loại bỏ vi-rút và quá trình nào đảm bảo rằng chúng ta bị mắc COVID-19 dạng nhẹ, các bệnh mà virus gây ra?
Chúng ta càng tìm hiểu về COVID-19, chúng ta càng phải đặt câu hỏi về các giả định của mình về nó.
Ngay từ đầu trong đại dịch COVID-19, thông tin của chúng tavề căn bệnh này xuất phát từ các báo cáo lâm sàng về COVID-19 và những gì chúng ta biết về đại dịch cúm và hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS) do SARS-CoV.
SARS-CoV là một loại virus corona chia sẻ 82% bộ gen của nó với SARS-CoV-2. Năm 2003, nó đã gây ra dịch SARS quốc tế.
Rõ ràng là COVID-19 rất khác so với cúm theo mùa, với tỷ lệ tử vong và lây nhiễm cao hơn, nhưng phải mất nhiều thời gian hơn để nhận ra rằng có những khác biệt và điểm tương đồng quan trọng với SARS.
Ví dụ, COVID-19 lây nhiễm ngay cả trong giai đoạn tiền triệu chứng. Ngoài ra, các quá trình sinh lý có hại trong một giai đoạn của bệnh có thể trở nên hữu ích sau này. Ví dụ, thụ thể angiotensin chuyển đổi enzyme 2 (ACE2), cho phép virus xâm nhập vào cơ thể, cũng có thể là chìa khóa để bảo vệ phổi trong các giai đoạn sau của bệnh.
Bài viết này mô tả những gì chúng ta biết cho đến nay về COVID-19. Để giải thích các quá trình khác nhau xảy ra trong cơ thể, chúng tôi đã chia bệnh thành bốn giai đoạn riêng biệt phù hợp với các mức độ nghiêm trọng khác nhau: nhẹ, trung bình, nặng và nguy kịch.
Tuy nhiên, trong thực tế, các quá trình sinh lý của các giai đoạn này chồng chéo lên nhau. Những người mắc COVID-19 có thể hoặc không thể biểu hiện các triệu chứng của các giai đoạn sớm hơn hoặc muộn hơn.
Giai đoạn 1: Xâm nhập tế bào và nhân lên của virus trong mũi
Cả SARS-CoV-2 và SARS-CoV đều xâm nhập thông qua một thụ thể gọi là ACE2.
Được biết đến nhiều hơn với vai trò kiểm soát huyết áp và chất điện giải, những thụ thể này cũng có mặt trong phổi, dưới cổ họng, ruột, cơ tim và thận.
Năm 2004, các nhà nghiên cứu từ trung tâm Y tế Đại học Groningen ở Hà Lan đã báo cáo rằng các tế bào thụ thể ACE2 không có trên lớp tế bào bề mặt trong mũi và do đó, không phải là một vị trí quan trọng để sao chép virus SARS-CoV.
Với SARS, hầu như không có bất kỳ triệu chứng đường hô hấp trên và các virus hiếm khi xuất hiện bên ngoài phổi. Thực tế này ban đầu đã lấy đi sự tập trung từ việc tiếp tục tìm kiếm thụ thể ACE2 trong mũi.
Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã tìm thấy các thụ thể ACE2 trên các tế bào hình đài (kích thích bài tiết) trong và trên các tế bào có lông trong mũi.
Gần đây, các nhà khoa học đã tìm thấy các thụ thể ACE2 trong miệng và lưỡi, có khả năng chỉ ra đường lây truyền qua đường miệng.
Các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy nguồn cung cấp enzym protease dồi dào có tên là TMPRSS2, chất này tách ra khỏi đỉnh của virus corona để cho phép ARN của SARS-CoV-2 xâm nhập vào các tế bào mũi.
Khi đã ở trong tế bào, vật liệu di truyền virus chỉ đạo tế bào tạo ra hàng triệu bản sao mới của chính nó.
Theo một bài báo chưa trải qua đánh giá chuyên môn, enzym protease TMPRSS2 có thể hoạt động dễ dàng hơn để loại bỏ phần trên của gai virus corona vì sự khác biệt di truyền giữa SARS-CoV và SARS-CoV-2 có nghĩa là giờ đây đã dễ dàng bị phá vỡ phần được gọi là mạng lưới phân tách furin.
Do đó, SARS-CoV-2 có thể liên kết chặt hơn 10 lần để đưa ARN của nó vào trong tế bào, khởi đầu cho việc giải thích tại sao COVID-19 lan truyền rất nhanh.
Một nghiên cứu nhỏ nhưng rất cẩn thận về các mẫu virus từ chín người nhập viện sau khi theo dõi tiếp xúc – là một phần của một nhóm các trường hợp COVID-19 ở Đức – đã cho thấy tầm quan trọng của sự nhân lên trong mũi đối với sự lây lan sớm của virus.
Trung bình, có 676.000 bản sao virus trên mỗi miếng gạc từ đường hô hấp trên trong 5 ngày đầu tiên xuất hiện triệu chứng. Mức độ virus ở sáu trong số chín người tham gia là không thể phát hiện trong mũi và cổ họng vào ngày thứ 10.
Trong tất cả, trừ một trong chín cá nhân, tải lượng virus ở miếng gạc từ đường hô hấp trên đã giảm từ ngày 1, cho thấy rằng nó đã đạt đỉnh trước khi xuất hiện các triệu chứng. Điều này có ý nghĩa rõ ràng để ngăn chặn sự lây truyền của virus.
Trong một báo cáo sơ bộ của Menni và các đồng nghiệp, chưa qua đánh giá chuyên môn, mất khứu giác xảy ra phổ biến hơn 6,6 lần ở những người có các triệu chứng khác của COVID-19 đã tiến hành xét nghiệm PCR COVID-19 dương tính ( 59%) so với những người có triệu chứng COVID-19 nhưng được xét nghiệm âm tính (18%).
Các thụ thể ACE2 và enzym protease TMPRSS2 cũng đã được tìm thấy trong các cấu trúc hỗ trợ cho tế bào thần kinh ở phần trên của mũi, truyền tín hiệu về mùi đến não.
Đây là nghiên cứu đầu tiên cung cấp một lời giải thích tiềm năng cho triệu chứng quan trọng này của COVID-19. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng đang chờ đánh giá chuyên môn.
Theo nghiên cứu của Menni, mất mùi là triệu chứng đường hô hấp trên được báo cáo phổ biến nhất ở những người xét nghiệm dương tính với COVID-19, ảnh hưởng đến 59% sô người bệnh. Nó phổ biến hơn ho dai dẳng (58%) hoặc khàn giọng (32,3%).
Điều thú vị là dữ liệu từ mô tả đầu tiên của 99 người có kết quả dương tính với COVID-19 ở Vũ Hán, Trung Quốc, cho thấy rằng một số triệu chứng bạn có thể thấy từ một số loại virus đường hô hấp khác lại không phổ biến ở COVID-19. Chẳng hạn, chỉ có 4% bị sổ mũi và 5% bị đau họng.
Giai đoạn 2: Sự tái tạo trong phổi và hệ thống miễn dịch được cảnh báo
Nghiên cứu về tải lượng virus ở Đức cho thấy sự nhân lên của virus hoạt động xảy ra ở đường hô hấp trên. Bảy trong số chín người tham gia liệt kê ho là một trong số các triệu chứng ban đầu của họ.
Trái ngược với số lượng đơn vị virus giảm ở đường hô hấp trên, số lượng trong đờm tăng đối với hầu hết những người tham gia.
Ở hai cá nhân có một số dấu hiệu nhiễm trùng phổi, virus trong đờm lên đến đỉnh điểm vào ngày thứ 10 – 11. Nó đã có mặt trong đờm đến ngày 28 ở một người. Trên tất cả những người tham gia, có trung bình 7 triệu đơn vị trong 1 mililit (khoảng 35 triệu đơn vị trong một muỗng cà phê). Số này gấp khoảng 1.000 lần so với những người bị SARS.
Trong phổi, thụ thể ACE2 nằm trên đỉnh của các tế bào phổi gọi là pneumocytes. Chúng có vai trò quan trọng trong việc sản xuất chất hoạt động bề mặt – một hợp chất bao bọc các túi khí (phế nang), do đó giúp duy trì đủ sức căng bề mặt để giữ cho túi mở ra để trao đổi oxy và carbon dioxide.
Ngay khi cơ thể nhận ra một protein ngoại lai, nó sẽ phản ứng đầu tiên. Một phần của phản ứng miễn dịch cơ thể – các tế bào lympho – bắt đầu tạo ra các kháng thể IgM loại phòng thủ đầu tiên và sau đó là các kháng thể trung hòa đặc hiệu dài hạn (loại IgG).
Trong nghiên cứu virus của Đức, 50% số người tham gia có kháng thể IgM hoặc IgG vào ngày thứ 7 và tất cả họ đều có các kháng thể này vào ngày thứ 14. Lượng kháng thể không dự đoán tiến trình lâm sàng của bệnh.
80% những người mắc COVID-19 sẽ bị bệnh nhẹ hoặc không có triệu chứng, với các triệu chứng phổ biến bao gồm sốt, ho và mất khứu giác. Hầu hết sẽ chỉ có các phản ứng sinh lý giai đoạn 1 hoặc 2 đối với nhiễm SARS-CoV-2.
Tìm hiểu thêm
Giai đoạn 3: Viêm phổi
Khoảng 13,8% số người mắc COVID-19 sẽ bị bệnh nặng và sẽ phải nhập viện khi họ bị khó thở. Trong số những người này, 75% sẽ có bằng chứng bị viêm phổi hai bên.
Viêm phổi ở COVID-19 xảy ra khi các bộ phận của phổi củng cố rồi sụp đổ. Sự giảm sút chất hoạt động bề mặt trong phế nang do sự phá hủy virus của các tế bào phổi gây khó khăn cho phổi để giữ cho phế nang mở.
Là một phần của phản ứng miễn dịch, các tế bào bạch cầu, như bạch cầu trung tính và đại thực bào, lao vào phế nang. Trong khi đó, các mạch máu xung quanh túi khí trở nên rò rỉ do tác dụng của các hóa chất gây viêm mà các tế bào bạch cầu giải phóng.
Chất lỏng này gây áp lực lên phế nang từ bên ngoài và, kết hợp với việc thiếu chất hoạt động bề mặt, khiến chúng sụp đổ.
Kết quả là, việc thở trở nên khó khăn và diện tích bề mặt trong phổi nơi chuyển oxy thường diễn ra sẽ bị giảm, dẫn đến khó thở.
Cơ thể cố gắng tự chữa lành bằng cách thúc đẩy phản ứng viêm và miễn dịch. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyên không nên sử dụng glucocorticosteroid trong giai đoạn này, vì chúng có thể ngăn chặn phản ứng chữa lành tự nhiên. Bằng chứng dường như bác bỏ quan điểm này, nhưng đây là một lĩnh vực phát triển nhanh và các phát hiện dễ bị thay đổi.
Hầu hết bệnh nhân sẽ hồi phục ở giai đoạn này với dịch truyền tĩnh mạch hỗ trợ và oxy thông qua mặt nạ hoặc mặt nạ áp lực dương bên ngoài.
Giai đoạn 4: Hội chứng suy hô hấp cấp tính, cơn bão cytokine và suy đa tạng
Thời gian phổ biến nhất cho sự khởi phát của giai đoạn bệnh trầm trọng là 10 ngày và nó có thể xuất hiện đột ngột ở một tỷ lệ nhỏ những người mắc bệnh nhẹ hoặc trung bình.
Trong hội chứng suy hô hấp cấp tính nặng (ARDS), giai đoạn viêm nhường chỗ cho giai đoạn xơ hóa. Các cục máu đông hình thành trong phế nang và vi huyết khối tiểu cầu-fibrin chặn các mạch máu nhỏ trong phổi chịu trách nhiệm trao đổi khí với phế nang.
Có hy vọng rằng các loại thuốc đã được cấp phép cho chống nhiễm trùng trong đột quỵ có thể hữu ích trong giai đoạn này.
Cytokine là chất trung gian hóa học mà các tế bào bạch cầu như đại thực bào giải phóng và chúng có thể “nhấn chìm” các tế bào bị nhiễm bệnh. Các cytokine này – có tên như IL1, IL6 và TNFα – có các hành động bao gồm làm giãn các thành mạch và làm cho chúng dễ thấm hơn. Trong hoàn cảnh khắc nghiệt, điều này có thể dẫn đến sự sụp đổ của hệ thống tim mạch.
Estrogen trong tế bào chuột ngăn chặn sự giải phóng các cytokine từ đại thực bào. Mặc dù các nghiên cứu trên động vật thường không chuyển thành những phát hiện quan trọng ở người, đây có thể là một lời giải thích cho kết quả tồi tệ hơn từ COVID-19 ở nam giới.
Mặc dù số lượng thụ thể ACE2 nhỏ hơn có khả năng bảo vệ trong giai đoạn 1, vì có ít vị trí trú ngụ cho virus hơn, nhưng khi chúng ta đạt đến giai đoạn 4, các thụ thể này có thể trở thành yếu tố bảo vệ.
Các thụ thể ACE2 đóng vai trò điều tiết quan trọng đối với các hoạt động của enzyme chuyển đổi angiotensin 1 (ACE1).
Để đáp ứng với nhiễm trùng, ACE1 tạo ra angiotensin 2 dư thừa từ angiotensin 1.
Angiotensin 2 trực tiếp làm hỏng phổi, gây co thắt mạch máu và làm cho các mạch máu bị rò rỉ. Thuốc mà các bác sĩ thường sử dụng trong điều trị tăng huyết áp (thuốc ức chế men chuyển và ARB) có thể hữu ích ở giai đoạn này.
Vai trò của thuốc ức chế men chuyển trong điều trị COVID-19 là một vấn đề phức tạp. Như một số tác giả lưu ý, một mặt, sử dụng chúng có thể dẫn đến nguy cơ nhiễm SARS-CoV-2 cao hơn. Mặt khác, thuốc ức chế men chuyển có thể làm giảm tổn thương phổi mà nhiễm trùng này gây ra.
Hơn nữa, đáng chú ý là vai trò bảo vệ của ACE2 trong hệ hô hấp được hỗ trợ bởi bằng chứng phong phú, trong khi nguy cơ nhiễm trùng gia tăng vẫn là một giả thuyết.
Đây là lý do tại sao cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu về sinh lý của căn bệnh mới đầy thách thức này.
Tìm hiểu thêm
