Как действует вирус гриппа на организм человека
Обновлено: 07.05.2024
Как устроен вирус гриппа?
Вирусы гриппа относятся к отдельному семейству ортомиксовирусов. Их геном содержит не двухцепочечную нить ДНК, как у человека, а одноцепочечную РНК. Причем эта цепь состоит из 8 отдельных фрагментов, кодирующих в целом всего лишь 11 белков. Фрагменты РНК даже реплицируются, то есть размножаются, независимо друг от друга. Это важный момент, который объясняет, почему вирусы гриппа с такой легкостью меняются и образуют новые разновидности. Если в одну клетку проникли два разных штамма вируса гриппа, то они могут обмениваться отдельными участками генома, порождая на свет, таким образом, новые, не существовавшие ранее вирусы-реассортанты.
По форме вирус представляет собой сферу. В самом сердце этой сферы находятся фрагменты нити РНК, каждый из которых связан с комплектом белков, отвечающих за репликацию именно этого фрагмента генома, то есть они представляют собой 8 нуклеопротеидов. Все эти нуклеопротеиды упакованы в нуклеокапсид — изящно закрученную винтом белковую оболочку. А сверху — и это особый признак так называемых оболочечных вирусов — есть еще одно покрытие, которое называется суперкапсидом.
Суперкапсид — крайне важное образование для вируса гриппа. По сути это липидная двухслойная мембрана, в которую включены несколько разновидностей гликопротеидов — комплексов белков и углеводов. Именно по гликопротеидам ученые определяют, что это за штамм вируса гриппа попал к ним в пробирку. Именно благодаря этим соединениям вирус проникает в клетку и размножается. И, наконец, именно на контакт с гликопротеидами нацелены некоторые эффективные лекарства против гриппа.
Поверхностные белки вируса гриппа — ключ к обладанию миром
Что же за уникальные соединения можно обнаружить на поверхности суперкапсида вируса гриппа?
Это соединение, при помощи которого вирус, во-первых, распознает рецепторы клеток организма-хозяина, а во-вторых, прикрепляется к ним. Антитела к гемагглютинину образуются при заболевании человека определенным штаммом вируса гриппа и обеспечивают в будущем защиту от него. Существует 16 подтипов гемагглютинина.
Это фермент, который, во-первых, разрушает компоненты защитного слоя слизи на слизистых оболочках дыхательных путей и тем самым облегчает проход вируса к клетке-мишени. Во-вторых, нейраминидаза принимает участие в слиянии вирусной частицы с клеткой. Наконец, она обеспечивает высвобождение новеньких вирусных частиц из зараженной клетки. Если бы не было нейраминидазы, то цикл размножения был бы ограничен всего одной клеткой, причем даже без проявления каких-либо симптомов заболевания. Антитела к нейраминидазе образуются у нас в организме в результате вакцинации — они не дают вирусу гриппа распространяться по организму. Существует 9 подтипов нейраминидазы у вирусов гриппа А и по одному у вирусов гриппа В и С.
Размножение и вирусемия
Можно только восхититься точностью сборки 8 разных сегментов вирусной РНК в одну будущую вирусную частицу. Попадание двух одинаковых сегментов в один нуклеокапсид невозможно — и механизм этого процесса пока неизвестен. В этот момент как раз и может происходить образование вирусов-реассортантов, о которых мы говорили выше. Наконец, готовые нуклеокапсиды перемещаются в цитоплазму. При прохождении через мембрану клетки свежесобранный нуклеокапсид получает оболочку-суперкапсид со всем набором гликопротеидов.
Весь цикл от проникновения вируса в клетку до выхода из нее новых вирусных частиц занимает от 6 до 8 часов. Многочисленные вирусы выходят наружу и заражают соседние клетки. Реже вирионы попадают в кровоток и разносятся по всему организму. Распространение вируса по тканям и органам называется вирусемией. Пик репликации вируса гриппа наблюдается в промежутке от 24 до 72 часов с момента попадания вирусных частиц на эпителий дыхательных путей.
Как вирус действует на организм?
При выходе новых вирионов, клетки, в которых происходило их размножение, погибают. Вспыхивает воспалительный процесс. Поэтому при гриппе в первую очередь поражаются верхние дыхательные пути, постепенно воспаление охватывает трахею и бронхи. Если вирусы попадают в кровь и разносятся по всему телу — инфекция становится генерализованной, развивается интоксикация организма.
Опасность гриппа заключается в том, что он поражает сосуды и нервную систему. На фоне заражения вирусом гриппа происходит массированное образование активных форм кислорода (АФК), то есть свободных радикалов, которые стремятся окислить все, что попадется им на пути.
Поскольку процесс внедрения и размножения вируса протекает в дыхательных путях, страдают, прежде всего, стенки расположенных там капилляров (мелких кровеносных сосудов). Они становятся более ломкими, проницаемыми, что в тяжелых случаях приводит к нарушению местного кровообращения, развитию геморрагического синдрома и угрозе отека легких. На фоне поражения сосудистой системы может ухудшаться кровоснабжение головного мозга и, как следствие, формируется нейротоксический синдром.
Иммунная система в это время активирует выработку огромного количества цитокинов — веществ, запускающих воспалительные реакции и обладающих цитотоксическим эффектом. В норме они должны заниматься инактивацией и ликвидацией инфекционных агентов. Но масштабы процесса так велики, что развивается системная воспалительная реакция.
В результате из-за повреждения слизистой оболочки дыхательных путей и сосудов падает способность иммунной системы противостоять внешним угрозам, снижается активность защитных клеток крови нейтрофилов. В целом, это приводит к активизации уже имеющихся хронических болезней и повышает угрозу присоединения бактериальной инфекции. Самым тяжелым и распространенным осложнением гриппа является пневмония.
Разные штаммы гриппа отличаются друг от друга, в частности, способностью активировать массированную выработку АФК. Поэтому одни разновидности гриппа протекают тяжелее, а другие — легче. В немалой степени играет роль состояние организма пациента, его иммунный статус, опыт знакомства с другими штаммами. Одни виды гриппа более опасны для пожилых людей и детей, другие — чаще поражают население в расцвете сил.
Уязвимые места вируса гриппа
Чтобы остановить процесс репликации вируса в клетках и его распространения по организму, нужны вещества, способные прервать его отточенный эволюцией цикл размножения.
В 1961 году ученые предложили бороться с вирусами гриппа при помощи амантадина. Это соединение было разрешено к применению в 1966 году, а в 1993 году появился римантадин — его аналог. Амантадин (и римантадин) умеют блокировать ионные каналы М2-белка. При этом останавливается репликация вируса на начальных стадиях.
Препарат был весьма эффективен против вирусов группы А, но никак не действовал на вирусы группы В и С. А в 2006 году Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) обнародовали данные о крайне высокой резистентности (устойчивости) некоторых штаммов вируса к адамантанам, доходящей до 90%. Причиной стали точечные мутации генома вируса, возникавшие на фоне лечения адамантанами. Так что сегодня римантадин и другие его аналоги считаются малоэффективными лекарствами. Тем более, что против вирусов групп В и С они изначально были бесполезны.
В 1983 году были разработаны ингибиторы нейраминидазы — вещества, блокирующие способность фермента запускать процесс выхода из зараженной клетки новых вирионов. Это позволяет остановить репликацию и распространение вируса.
К ингибиторам нейраминидазы относятся осельтамивир (Тамифлю) и занамивир (Реленза). С 2009 года в США разрешен к применению еще один препарат из этой группы, вводимый внутривенно — парамивир. Данные лекарства, по сути, являются единственными препаратами, разработанными специально для борьбы с вирусом гриппа. Но принимать их следует в течение 24-48 часов с момента первых проявлений болезни. Позже они будут неэффективны — многочисленные новые вирусы уже распространятся по организму.
Все остальные так называемые противовирусные средства на сам вирус гриппа или на отдельные этапы его проникновения в организм, размножения и распространения не действуют.
Весь контент iLive проверяется медицинскими экспертами, чтобы обеспечить максимально возможную точность и соответствие фактам.
У нас есть строгие правила по выбору источников информации и мы ссылаемся только на авторитетные сайты, академические исследовательские институты и, по возможности, доказанные медицинские исследования. Обратите внимание, что цифры в скобках ([1], [2] и т. д.) являются интерактивными ссылками на такие исследования.
Если вы считаете, что какой-либо из наших материалов является неточным, устаревшим или иным образом сомнительным, выберите его и нажмите Ctrl + Enter.
Более 95% всех острых инфекционных заболеваний, вызванных вирусами и бактериями, составляет грипп и простуда разной природы. Ими поражено уже более 15% всех людей в мире. Это более 500 миллионов людей каждый год по всему земному шару. Из них 2 млн человек прощаются с этим миром из-за гриппа. Почему вирусы гриппа так опасны и какими они бывают?
[1], [2], [3], [4], [5], [6]
Такие разные вирусы гриппа
Впервые вирус гриппа открыли в 1931 году. Через 2 года английские медики описали его официально и идентифицировали. Еще через три года вирусы стали делить на подвиды – например, был определен грипп с возбудителем вируса В, а в 1947 году ученые выделили вирус гриппа по типу С. Чем характерны разные виды вирусов гриппа?
Вирус гриппа А, который вызывает грипп, - один из самых распространенных. Он возбуждает грипп со средней и легкой степенью тяжести. Этот вирус настолько легко передается от человека к человеку и от животного к человеку, что может поражать эпидемиями целые города (особенно в древние времена). Эпидемии эти настолько велики, что ученые называют их пандемиями.
У вируса группы В с распространением попроще. Например, он вызывает не пандемии, зато способен вызывать локальные вспышки в определенном городе или селе. Зато таких населенных пунктов может много, причем не в одной, а в нескольких странах. Причем вирус гриппа А и вирус гриппа В не мешают друг другу и могут проявляться в одном и том же человеческом обществе одинаково интенсивно. Правда, для вируса А более характерно поражать взрослых, а для вируса В – детей. Но ни дети, ни взрослые не застрахованы от того, что и тот, и другой вирус может побывать в их организме.
Есть еще вирус гриппа С, который не очень хорошо известен ученым, не смотря на все новинки современного оборудования. Этот вирус не передается к животным или от них к человеку. Заразившись этим вирусом гриппа, человек может даже не подозревать, какое у него серьезное заболевание, потому что отделывается легким недомоганием. Симптомы, которые проявляются при инфицировании вирусом гриппа С, могут вообще не проявляться или же проявляться в очень легкой форме. Вирус С может поражать человека в то же самое время, когда проходит эпидемия гриппа А.
Как передается вирус гриппа?
Очень легко. Вот вы чихнули, покашляли, поздоровались или того хуже – поцеловались с инфицированным человеком – и заразились гриппом так же, как он. Путем передачи вируса гриппа считается воздушно-капельный, причем это справедливо для всех трех вирусов гриппа. Болезнетворная флора очень быстро проникает в организм другого человека, причем заразиться можно с расстояния до трех метров.
Поэтому не ходите сами и не водите ребенка в коллектив, где есть больные, и не заражайте других. Изоляция больного – это единственно правильный выход при заражении вирусом гриппа.
Вирус гриппа – легкий и очень пронырливый враг, которого желательно избегать. Это гораздо проще, чем избавляться от него потом целую неделю или две.
Как проявляется грипп?
Подсчитано, что обычный человек, который болеет гриппом не очень часто, на протяжении всей жизни проводит около года в постели из-за этого заболевания. В это время у больного проявляются такие симптомы гриппа, как головная боль, слабость, разбитость, высокая температура, кашель, насморк, пересыхание слизистой оболочки горла и носа. Человек чувствует себя абсолютно разбитым из-за вирусов, которые проникают во все системы организма и отравляют его токсинами.
Если грипп длится долго, вирусы отравляют организм настолько, что у человека появляются осложнения. Это нарушение работы жизненно важных органов: почек, печени, сердца, сосудов, легких. Человек сразу после гриппа болеет еще и пневмонией, менингоэнцефалитом или трахеобронхитом.
Раньше вирусы гриппа приносили еще большие разрушения – в 1580 году историки зафиксировали глобальную эпидемию гриппа, которая унесла множество жизней. Тогда не знали, как бороться с вирусом гриппа. И даже сейчас, когда существует множество передовых медицинских технологий, люди иногда умирают от этого заболевания. Поэтому стоит делать прививки от гриппа еще перед разгаром эпидемий и соблюдать личную гигиену, поскольку вирус гриппа передается воздушно-капельным путем.
Обзор
Такие маски в принудительном порядке носили в 1918—1919-х годах, во время крупнейшей пандемии гриппа, по современным подсчетам унесшей до 50 млн. человеческих жизней
Автор
Редакторы
Грипп
Среди наиболее трагических событий первой половины XX века — наряду с двумя мировыми войнами — выделяется пандемия гриппа 1918 года, ставшая не менее смертоносной, чем крупнейшие конфликты между людьми: в течение 18 месяцев около 50 млн. людей погибли от вирусной инфекции.
Гонки с гриппом
Ежегодно гриппом переболевает 5–15% всей мировой популяции. Наибольшему риску подвергаются дети до двух лет, пожилые люди от 65, а также больные астмой, диабетом или хроническими заболеваниями сердца вне зависимости от возраста. В то же время от болезни не застрахован никто — как показала пандемия 2009-го, когда больше всего пострадали как раз молодые люди с превосходной иммунной системой [4].
Гриппозный зоопарк
Это эстафета, которую ученые и органы здравоохранения уже так долго и с переменным успехом стараются прервать.
Ловец вирусов
— Что является самым главным в экологии вируса гриппа?
— Что еще мы узнали после встречи с птичьим гриппом?
— Болеют ли дикие птицы — природные носители вируса — гриппом?
— Как грипп передается между дикими птицами?
— Это неизвестно. Один из способов это выяснить — исследование природных очагов гриппа. Яркий пример, который наблюдаем мы с коллегами — залив Делавэр на востоке США. Птицы побережья во время сезонной миграции на север в мае останавливаются там, чтобы покормиться яйцами мечехвостов. По-видимому, в этом месте собирается критическая масса птиц, многие из которых еще не являются носителями гриппа, — что и становится определяющим фактором, позволяющим инфекции быстро распространяться. Есть и другие подобные места — в Австралии, Канаде, в других регионах. Потенциально подходит любое место массового скопления и кормления этой водной братии.
— Сколько разновидностей вируса гриппа циркулирует в природе?
— Над чем вы сейчас работаете?
Это исследование, в высшей степени ориентированное на практику. Используя наши диагностические методы, можно будет оперативно объявлять о появлении новых штаммов вируса и проводить грамотные кампании по вакцинации.
Рисунок 3. Во время пандемии поцелуи возможны только с защитой
— До сих пор птичий вирус гриппа H5N1 был не слишком активен, заражая людей. Какова вероятность, что в будущем эта его способность значительно возрастет?
— Вероятность пандемии вируса H5N1 значительно меньше, чем любого из H1, H2 или H3, потому что H5 далеко не так заразен для людей. Но если назвать вирус, который нам хотелось бы видеть пандемичным меньше всего, это будет как раз H5 из-за высокой смертности, причиной которой он становится. Одна из отличительных черт высокопатогенного вируса — молекулярные особенности строения гемагглютинина, позволяющие развиться системной инфекции, а не инфекции только дыхательных путей, как обычно [2]. Такая опасная способность числится только за вирусами H5 и H7.
У H5N1 было десять лет, чтобы переменить хозяина, а значит, это не одна-две и не три-четыре замены, которые должны произойти в нем, чтобы стать патогеном человека, а значительно больше. Есть примеры, когда для перемены хозяина вирусу требуется не одно десятилетие, несмотря на плотный контакт между видами, однако сейчас понятно хотя бы, что H5N1 не может передаться людям легко. Впрочем, совсем исключить эту вероятность нельзя, и если что-то и мешает нам спать спокойно по ночам, — то это вирус H5.
— Что, на ваш взгляд, наиболее удивительно в вирусе гриппа?
— Не устаю удивляться, как мало мы про него знаем, несмотря на то, что так давно и так активно изучаем. Это же сравнительно простые вирусы, — но до сих пор так и не понятно, что позволяет им периодически преодолевать межвидовые барьеры.
Обзор
Автор
Редакторы
Обратите внимание!
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Эволюция и происхождение вирусов
В 2007 году сотрудники биологического факультета МГУ Л. Нефедова и А. Ким описали, как мог появиться один из видов вирусов — ретровирусы. Они провели сравнительный анализ геномов дрозофилы D. melanogaster и ее эндосимбионта (микроорганизма, живущего внутри дрозофилы) — бактерии Wolbachia pipientis. Полученные данные показали, что эндогенные ретровирусы группы gypsy могли произойти от мобильных элементов генома — ретротранспозонов. Причиной этому стало появление у ретротранспозонов одного нового гена — env, — который и превратил их в вирусы. Этот ген позволяет вирусам передаваться горизонтально, от клетки к клетке и от носителя к носителю, чего ретротранспозоны делать не могли. Именно так, как показал анализ, ретровирус gypsy передался из генома дрозофилы ее симбионту — вольбахии [7]. Это открытие упомянуто здесь не случайно. Оно нам понадобится для того, чтобы понять, чем вызваны трудности борьбы с вирусами.
Из давних письменных источников, оставленных историком Фукидидом и знахарем Галеном, нам известно о первых вирусных эпидемиях, возникших в Древней Греции в 430 году до н.э. и в Риме в 166 году. Часть вирусологов предполагает, что в Риме могла произойти первая зафиксированная в источниках эпидемия оспы. Тогда от неизвестного смертоносного вируса по всей Римской империи погибло несколько миллионов человек [8]. И с того времени европейский континент уже регулярно подвергался опустошающим нашествиям всевозможных эпидемий — в первую очередь, чумы, холеры и натуральной оспы. Эпидемии внезапно приходили одна за другой вместе с перемещавшимися на дальние расстояния людьми и опустошали целые города. И так же внезапно прекращались, ничем не проявляя себя сотни лет.
Вирус натуральной оспы стал первым инфекционным носителем, который представлял действительную угрозу для человечества и от которого погибало большое количество людей. Свирепствовавшая в средние века оспа буквально выкашивала целые города, оставляя после себя огромные кладбища погибших. В 2007 году в журнале Национальной академии наук США (PNAS) вышла работа группы американских ученых — И. Дэймона и его коллег, — которым на основе геномного анализа удалось установить предположительное время возникновения вируса натуральной оспы: более 16 тысяч лет назад. Интересно, что в этой же статье ученые недоумевают по поводу своего открытия: как так случилось, что, несмотря на древний возраст вируса, эпидемии оспы не упоминаются в Библии, а также в книгах древних римлян и греков [9]?
Строение вирусов и иммунный ответ организма
Рисунок 1. Первооткрыватель вирусов Д.И. Ивановский (1864–1920) (слева) и английский врач Эдвард Дженнер (справа).
Почти все известные науке вирусы имеют свою специфическую мишень в живом организме — определенный рецептор на поверхности клетки, к которому и прикрепляется вирус. Этот вирусный механизм и предопределяет, какие именно клетки пострадают от инфекции. К примеру, вирус полиомиелита может прикрепляться лишь к нейронам и потому поражает именно их, в то время как вирусы гепатита поражают только клетки печени. Некоторые вирусы — например, вирус гриппа А-типа и риновирус — прикрепляются к рецепторам гликофорин А и ICAM-1, которые характерны для нескольких видов клеток. Вирус иммунодефицита избирает в качестве мишеней целый ряд клеток: в первую очередь, клетки иммунной системы (Т-хелперы, макрофаги), а также эозинофилы, тимоциты, дендритные клетки, астроциты и другие, несущие на своей мембране специфический рецептор СD-4 и CXCR4-корецептор [13–15].
Одновременно с этим в организме реализуется еще один, молекулярный, защитный механизм: пораженные вирусом клетки начинают производить специальные белки — интерфероны, — о которых многие слышали в связи с гриппозной инфекцией. Существует три основных вида интерферонов. Синтез интерферона-альфа (ИФ-α) стимулируют лейкоциты. Он участвует в борьбе с вирусами и обладает противоопухолевым действием. Интерферон-бета (ИФ-β) производят клетки соединительной ткани, фибробласты. Он обладает таким же действием, как и ИФ-α, только с уклоном в противоопухолевый эффект. Интерферон-гамма (ИФ-γ) синтезируют Т-клетки (Т-хелперы и (СD8+) Т-лимфоциты), что придает ему свойства иммуномодулятора, усиливающего или ослабляющего иммунитет. Как именно интерфероны борются с вирусами? Они могут, в частности, блокировать работу чужеродных нуклеиновых кислот, не давая вирусу возможности реплицироваться (размножаться).
Причины поражений в борьбе с ВИЧ
Тем не менее нельзя сказать, что ничего не делается в борьбе с ВИЧ и нет никаких подвижек в этом вопросе. Сегодня уже определены перспективные направления в исследованиях, главные из которых: использование антисмысловых молекул (антисмысловых РНК), РНК-интерференция, аптамерная и химерная технологии [12]. Но пока эти антивирусные методы — дело научных институтов, а не широкой клинической практики*. И потому более миллиона человек, по официальным данным ВОЗ, погибают ежегодно от причин, связанных с ВИЧ и СПИДом.
Подобный вирусный механизм характерен не только для ВИЧ. Он описан и при инфицировании некоторыми другими опасными вирусами: такими, как вирусы Денге и Эбола. Но при ВИЧ антителозависимое усиление инфекции сопровождается еще несколькими факторами, делая его опасным и почти неуязвимым. Так, в 1991 году американские клеточные биологи из Мэриленда (Дж. Гудсмит с коллегами), изучая иммунный ответ на ВИЧ-вакцину, обнаружили так называемый феномен антигенного импринтинга [23]. Он был описан еще в далеком 1953 году при изучении вируса гриппа. Оказалось, что иммунная система запоминает самый первый вариант вируса ВИЧ и вырабатывает к нему специфические антитела. Когда вирус видоизменяется в результате точечных мутаций, а это происходит часто и быстро, иммунная система почему-то не реагирует на эти изменения, продолжая производить антитела к самому первому варианту вируса. Именно этот феномен, как считает ряд ученых, стоит препятствием перед созданием эффективной вакцины против ВИЧ.
Открытие биологов из МГУ — Нефёдовой и Кима, — о котором упоминалось в самом начале, также говорит в пользу этой, эволюционной, версии.
Сегодня не только ВИЧ представляет опасность для человечества, хотя он, конечно, самый главный наш вирусный враг. Так сложилось, что СМИ уделяют внимание, в основном, молниеносным инфекциям, вроде атипичной пневмонии или МЕRS, которыми быстро заражается сравнительно большое количество людей (и немало гибнет). Из-за этого в тени остаются медленно текущие инфекции, которые сегодня гораздо опаснее и коварнее коронавирусов* и даже вируса Эбола. К примеру, мало кто знает о мировой эпидемии гепатита С, вирус которого был открыт в 1989 году**. А ведь по всему миру сейчас насчитывается 150 млн человек — носителей вируса гепатита С! И, по данным ВОЗ, каждый год от этой инфекции умирает 350-500 тысяч человек [33]. Для сравнения — от лихорадки Эбола в 2014-2015 гг. (на состояние по июнь 2015 г.) погибли 11 184 человека [34].
* — Коронавирусы — РНК-содержащие вирусы, поверхность которых покрыта булавовидными отростками, придающими им форму короны. Коронавирусы поражают альвеолярный эпителий (выстилку легочных альвеол), повышая проницаемость клеток, что приводит к нарушению водно-электролитного баланса и развитию пневмонии.
Рисунок 8. Электронная микрофотография воссозданного вируса H1N1, вызвавшего эпидемию в 1918 г. Рисунок с сайта phil.cdc.gov.
Почему же вдруг сложилась такая ситуация, что буквально каждый год появляются новые, всё более опасные формы вирусов? По мнению ученых, главные причины — это сомкнутость популяции, когда происходит тесный контакт людей при их большом количестве, и снижение иммунитета вследствие загрязнения среды обитания и стрессов. Научный и технический прогресс создал такие возможности и средства передвижения, что носитель опасной инфекции уже через несколько суток может добраться с одного континента на другой, преодолев тысячи километров.
Читайте также: