как действует коронавирус на мозг человека
Потеря обоняния и рассудка: что известно о влиянии COVID-19 на нервную систему?
Многие симптомы, которые испытывают люди, зараженные SARS-CoV-2, связаны с нервной системой. Пациенты жалуются на головные боли, боли в мышцах и суставах, слабость и спутанность сознания, утрату вкуса и обоняния — и все это может длиться от недели до нескольких месяцев после заражения. В тяжелых случаях COVID-19 способен привести к воспалению головного мозга или инсульту. Вирус, бесспорно, обладает неврологическим воздействием. Но то, как именно он влияет на нервные клетки, все еще отчасти остается загадкой. Может ли сама по себе реакция иммунной системы привести к таким симптомам? А что, если новый коронавирус непосредственно атакует нервную систему? В теме разобралась научный журналист Стефани Сазерленд, СПИД.ЦЕНТР публикует перевод ее статьи для журнала Scientific American.
Некоторые исследования, в том числе полученные недавно предварительные результаты анализа тканей мозга мышей и людей, доказали, что SARS-CoV-2 способен проникать в нервные клетки и мозг. Но ответа на вопрос, всегда ли так происходит или только в самых тяжелых случаях, пока нет. Бурная реакция иммунной системы может привести к далеко идущим последствиям. Вплоть до того, что иммунные клетки могут вторгнуться в мозг и разрушить его.
Некоторые неврологическим симптомы не так серьезны, но не менее загадочны. Один из таких симптомов, вернее, набор симптомов, который привлекает все больше внимания, называется весьма расплывчато — «спутанность сознания». Даже после того, как остальные проявления болезни прекратились, пациенты с COVID-19 нередко страдают от забывчивости, рассеянности и других ментальных затруднений. Все еще неясно, что вызывает эти явления, хотя они также могут быть связаны с воспалительным процессом во всем теле, который сопутствует COVID-19. Но у многих людей, переболевших коронавирусом даже в легкой форме, слабость и спутанность сознания длятся месяцами. Хотя, казалось бы, легкое течение болезни не должно подрывать иммунную систему.
Другой широко распространенный симптом, который называется аносмия, или потеря обоняния, также может быть связан с изменениями, не вызванными поражением самих нервных клеток. Обонятельные нейроны, клетки, которые передают запахи мозгу, не имеют того рецептора, через который SARS-CoV-2 проникает в клетки, так что, судя по всему, не заражаются. Исследователи все еще выясняют, может ли потеря обоняния быть связана с взаимодействием между вирусом и другим рецептором обонятельных нейронов, либо с не нервной тканью, которая устилает нос изнутри.
Эксперты говорят, что вирусу не обязательно проникать в нервные клетки, чтобы вызывать некоторые из загадочных неврологических симптомов, к которым приводит болезнь. Многие эффекты, связанные с болью, могут быть вызваны реакцией сенсорных нейронов, нервных волокон, которые тянутся от спинного мозга через все тело, чтобы собирать информацию о внешней окружающей среде или внутренних процессах тела. Ученые уже продвинулись вперед в понимании того, как именно SARS-CoV-2 захватывает рецепторные нейроны, чувствительные к боли (их еще называют ноцицепторами), приводя к некоторым из ключевых симптомов COVID-19.
Вкус боли
Нейробиолог Теодор Прайс из Техасского университета Далласа обратил внимание на симптомы, о которых сообщалось в ранних исследованиях и на которые жаловались пациенты его жены, фельдшера, которая удаленно работает с больными COVID-19. Эти симптомы включали боль в горле, головную и мышечную боль во всем теле, а также мучительный кашель. (Кашель отчасти вызывают чувствительные нервные клетки легких.)
Примечательно, что некоторые пациенты сообщали о потере чувства, которое называется хеместезис. Из-за его утраты люди переставали чувствовать вкус острого перца чили или прохладной перечной мяты. Речь идет о чувстве, которое передается рецепторами боли, а не вкуса. И пусть многие эти симптомы характерны для вирусных инфекций, распространенность и устойчивость симптомов, связанных с болью, и их возникновение даже при слабом течении болезни подсказывают, что COVID-19 может вызывать не только типичную воспалительную реакцию на заражение, но и поражать рецепторные нейроны.
Прайс считает, что это удивительно. Все пострадавшие пациенты «жалуются на головные боли, а у некоторых появились проблемы с болью, которая выглядит как невропатия», то есть хроническая боль, возникающая при повреждении нервов. Это наблюдение подтолкнуло его изучить, способен ли новый коронавирус поражать ноцицепторы (болевые рецепторы).
Главный критерий, который используют ученые, чтобы определить, может ли SARS-CoV-2 проникнуть в клетки тела, — наличие ангиотензин — превращающего фермента 2 (ACE2), мембранного белка клетки. ACE2 действует как рецептор, посылая клетке сигналы, регулирующие давление крови, а также является точкой входа SARS-CoV-2. Поэтому Прайс стал искать его в нервных клетках и уже опубликовал свое исследование на эту тему в журнале PAIN.
Как коронавирус может проникать в нервные клетки
Ноцицепторы — как и другие рецепторные нейроны — собираются в неприметные с виду кластеры, расположенные по ходу спинного мозга, которые называются дорсальные корешковые ганглии (DGR). Прайс и его команда изучили нервные клетки, полученные от доноров после смерти или в ходе онкологических операций. Они применили секвенирование РНК, чтобы определить, какие белки должна производить клетка, и использовали антитела, чтобы выделить сам ACE2. Ученые обнаружили, что ряд дорсальных ганглий и правда содержит ACE2, тем самым открывая вирусу доступ в клетки.
Рецепторные нейроны выбрасывают своего рода длинные щупальца — аксоны. Их окончания воспринимают определенные стимулы, а затем передают их мозгу в виде электрохимических сигналов. Оказалось, что нервные клетки, которые содержат ACE2, также имеют генетические инструкции и РНК для белка под названием MRGPRD. Этот белок помечает клетки как вид нейронов, окончания которых сосредоточены на коже и поверхностях внутренних органов, включая легкие — где они как раз и могут подхватить вирус.
Прайс считает, что заражение нервной системы может обострять симптомы COVID-19, а также влиять на их продолжительность. «Самый вероятный сценарий заключается в том, что и вегетативные, и рецепторные нейроны подвержены инфекции», — говорит он. «Мы понимаем, что если вирус заражает нейроны, то это может привести к долгосрочным последствиям», даже если вирус не остается в клетках.
Однако, по мнению Прайса, «заражение нервных клеток происходит необязательно». В другом недавнем исследовании он сравнил данные генетического секвенирования клеток пациентов с легким COVID-19 со здоровой контрольной группой, чтобы увидеть, как происходит взаимодействие со здоровыми DGR человека. Прайс говорит, что его команда отыскала у зараженных пациентов множество молекул, которые называются цитокины. Они дают сигналы иммунной системе и могут взаимодействовать с рецепторами нервных клеток. «Тут масса всего, что имеет отношение к невропатической боли», — замечает Прайс. Его наблюдение подсказывает, что даже если вирус не атакует нервные клетки напрямую, они могут подвергаться длительному губительному воздействию со стороны иммунных молекул.
Анна Луиза Оклендер, невролог больницы общего профиля Массачусетса, которая написала комментарий к статье Прайса в PAIN, говорит, что исследование было «исключительно качественным», в частности, потому, что в нем использовались клетки человека. Но, добавляет она, «у нас нет доказательств того, что непосредственное проникновение вируса в [нервные] клетки является основным механизмом их повреждения». В то же время последние открытия не исключают такой возможности. Оклендер считает «вполне возможным», что влиять на активность клеток и даже причинять им непоправимый вред могут и воспалительные процессы, протекающие вне нервных клеток. Еще один вариант — частицы вируса, взаимодействуя с нейронами, приводят к аутоиммунной атаке на нейроны.
Эксперименты с мышами и крысами
Предполагается, что точкой проникновения нового коронавируса является ACE2. Но Раджеш Ханна, нейробиолог и исследователь из Аризонского университета, отмечает, что «ACE2 — не единственная возможность для SARS-CoV-2 проникнуть в клетки». «Альтернативным каналом» может быть другой белок, который называется нейропилин-1 (NRP1). NRP1 играет важную роль в ангиогенезе (образовании новых кровеносных сосудов) и в отращивании нервными клетками своих длинных аксонов.
Эта идея возникла благодаря исследованиям клеточного материала и опыту на мышах. Выяснилось, что NRP1 взаимодействует с печально известным шиповидным белком вируса, который SARS-CoV-2 использует, чтобы проникать в клетки. «Мы доказали, что он связывает нейропилин, так что этот рецептор потенциально может позволять инфицирование», — объясняет вирусолог Джузеппе Балистрери из Хельсинкского университета, соавтор работы, основанной на опытах с мышами, которая была опубликована в Science наряду с результатами исследования клеток. Судя по всему, NRP1 является вспомогательным фактором инфицирования через ACE2, но не позволяет вирусу проникнуть в клетку сам по себе. «Нам известно, что если есть оба рецептора, мы получаем больше инфекции. Вместе они дают более мощный результат», — добавляет Балистрери.
Эти открытия привлекли внимание Ханны, который изучал фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF), молекулу, роль которой в передаче сигналов боли давно признана и которая также связана с NRP1. Раджеш задумался, может ли вирус влиять на передачу сигналов боли через NRP1, и проверил это на крысах в исследовании, статья о котором также была опубликована в PAIN. «Мы ввели VEGF в животных [в лапы] и к нашему удивлению заметили явные признаки боли в течение 24 часов», — говорит Ханна. «А затем мы получили еще более классный результат: мы ввели одновременно VEGF и шиповидные белки. И знаете что? Боль исчезла».
Исследование показало, «что происходит с сигналами нейронов, когда вирус касается рецептора NRP1», объясняет Балистрери. «Результаты убедительно продемонстрировали», что «прикосновение шиповидного белка вируса к NRP1» влияет на активность нейронов.
В эксперименте на крысах с поврежденными нервами для моделирования хронической боли введение шиповидного белка приводило к ослаблению проявлений боли у животных. Это открытие дает надежду на то, что препарат подобной формы, связывающий NRP1, может стать потенциальным болеутоляющим. Такие молекулы уже разрабатывают для использования при онкологических заболеваниях.
Ханна выдвигает провокационную и непроверенную гипотезу о том, что шиповидный белок может воздействовать на NRP1 для подавления ноцицепторов, таким образом маскируя симптомы, связанные с болью на ранних стадиях заражения. Когда SARS-CoV-2 только начинает заражать человека, белок создает анестетический эффект и облегчает распространение вируса. «Не буду исключать такой вариант», — комментирует Балистрери: «В этом нет ничего невероятного. Вирусы обладают арсеналом средств, которые позволяют им оставаться незаметными. Обходить наши защиты — это то, что они умеют лучше всего».
Нам все еще предстоит узнать, способна ли SARS-CoV-2-инфекция приводить к анальгезии у людей. Балистрери объясняет, что ученые «использовали большую дозу вируса в лабораторных условиях и на крысе, а не человеке. Сила эффекта, который они наблюдали, [может быть связана] с большой дозой белка вируса, который они использовали. Пока что мы не знаем, может ли сам вирус [приглушать боль] у людей».
Опыт одного пациента — Рейва Преториуса — 49-летнего мужчины из Южной Африки, подсказывает, что, возможно, в этом направлении исследований есть потенциал. В 2011 году Преториус пережил аварию, которая привела к трещинам позвоночника в шейном отделе и серьезному повреждению нервов. Он страдает от постоянной острой боли в ногах, которая будит его каждую ночь около 3–4 утра. По словам Преториуса: «Как будто кто-то вечно льет кипяток мне на ноги». Но когда в июле он заразился коронавирусом на предприятии, где он работает, все изменилось. «Это было очень странно. Когда я болел COVID, боль была терпимой. Порой даже, казалось, будто она прошла. Мне было сложно в это поверить». Преториус впервые смог спать по ночам так же, как до аварии. Он отмечает, что несмотря на слабость и изнурительные головные боли, ему «стало лучше во время болезни, потому что боль прошла». Теперь, когда Преториус вылечился от COVID, невропатическая боль вернулась.
Хорошо это или плохо, но, кажется, COVID-19 влияет на нервную систему. Инфицирует ли SARS-CoV-2 сами нервные клетки — все еще неизвестно, как и многое другое об этом вирусе. Но можно прийти к выводу, что даже если вирус способен проникать в некоторые нейроны, ему не обязательно это делать. Он способен натворить немало бед и оставаясь вне этих клеток.
Влияние коронавируса на нервную систему и органы
Самые распространённые последствия новой коронавирусной инфекции COVID-19 — это психические расстройства, нарушения памяти, внимания и постоянная слабость. Ощущение бодрости, психологическое, интеллектуальные способности, — за всё это отвечает головной мозг, который страдает при COVID-19.
Нервная система и другие коронавирусы
В том, что коронавирус SARS-CoV-2, возбудитель COVID-19, поражает нервную систему, нет ничего удивительного. Другие коронавирусы, вызывающие лёгкую или опасную респираторную инфекцию у человека, тоже проникают в нервную ткань.
В начале XXI века вспыхнули две опасные коронавирусные инфекции — атипичная пневмония и ближневосточный респираторный синдром. Они приковали к себе пристальное внимание исследователей. Уже на первой неделе болезни вирусы находили в спинномозговой жидкости больных. В головном мозге обнаруживали как вирусы, так и вызванные ими повреждения нейронов.
Даже «безопасные» коронавирусы 229E и OC43, которые становятся причиной обычной простуды, способны жить в нервных клетках животных и человека.
Как коронавирус проникает в головной мозг
Для вируса SARS-CoV-2 существует несколько способов добраться до головного мозга.
Как болезнь ковид влияет на мозг
Во время развившейся COVID-19, запускаются механизмы, которые дополнительно повреждают головной мозг.
Когда вирус только попал в организм, в тканях запускаются защитные механизмы. Они не дают возбудителю болезни проникнуть дальше. Если же они не сработали, развивается местное, а затем системное воспаление вплоть до цитокинового шторма. Цитокины — это молекулы, которыми обмениваются клетки иммунной системы друг с другом, как сообщениями. При цитокиновом шторме реакция иммунной системы становится избыточной и опасной для собственного организма.
Изначально воспаление направлено на то, чтобы защищать организм от инфекции, но в такой ситуации оно повреждает ткани, в которых образуется. На фоне воспаления гематоэнцефалический барьер тоже становится проницаемым.
Коронавирус «выбирает» себе клетки не случайно. Он должен зацепиться за рецептор АПФ2 (ангиотензинпревращающий фермент 2) — молекулу на поверхности клетки. Она есть на многих клетках, в том числе и в нервной ткани. Много молекул рецептора АПФ2 много в стволе головного мозга. Здесь находятся центры, управляющие жизненно важными процессами — дыханием, кровообращением, пищеварением. С повреждением ствола мозга связывают тяжёлые проявления ковида, например, нарушения дыхания и кровообращения.
Так как нейроны после вирусной атаки и воспаления восстанавливаются медленно, многие люди долго страдают от последствий болезни после выздоровления. В этом кроется одна из причин неврологических нарушений, психических расстройств и слабости, которая долго сохраняется после острого периода COVID-19.
Во время коронавирусной инфекции в организме происходит много событий, от которых головной мозг страдает повторно. Например, цитокиновый шторм или недостаток кислорода — гипоксия. Гипоксия часто развивается при тяжёлых состояниях. При COVID-19 она усугубляется, если лёгкие не могут обеспечить организм достаточным количеством кислорода.
COVID-19 снижает интеллект. Но возможно ли восстановить работу мозга после болезни?
На днях журнал The Lancet опубликовал большое исследование об интеллекте переболевших коронавирусной инфекцией COVID-19. Выводы пессимистичны: даже после полного выздоровления когнитивные способности остаются сниженными. И чем тяжелее человек перенес заболевание, тем больше пострадал его интеллект. Это лечится или после болезни мы тупеем безвозвратно и навсегда?
Авторы исследования, британские ученые, пожимают плечами: «Мы не знаем, каков механизм наблюдаемого снижения когнитивных функций после COVID-19. Мы также не знаем, как долго может длиться воздействие на умственные способности». Поэтому предлагаем выслушать мнение российского специалиста, кандидата медицинских наук. В рамках работы над новым проектом канал «Наука» взял интервью у директора Центра реабилитации Сеченовского университета Константина Тернового.
Как коронавирус поражает организм
Чем тяжелее протекала острая фаза, тем, скорее всего, выраженнее по своей яркости и продолжительности будут постковидные осложнения. Китайские коллеги, проводившие исследование на очень большом материале, выявили статистику: даже если ты не попал в больницу, было достаточно легкое течение и амбулаторное лечение, то где-то 30% этих людей все равно нуждаются в реабилитации. Что говорить о людях, у которых поражение легких от 70% и выше? О тех, кто провел 45 дней в реанимации?
В основе поражения, которое получает организм после контакта с вирусом, лежит образование тромбов. Когда тромбы попадают в легочную ткань, это не совсем пневмония, а скорее пневмонит, то есть это маленькие тромбозы в тканях легких. Тромбы могут образовываться и в области головного мозга, тогда болезнь протекает по картине инсульта. Также может быть поражение кожи, и ясно, что оно будет проявляться по-другому, не кашлем.
Подобные последствия возникают в результате воздействия вируса на систему крови — гомеостаз. У нас всегда есть баланс между системой, которая сворачивает кровь и которая ее разжижает. Когда баланс нарушается, тромбообразование идет более активно. Поэтому основное лечение коронавирусной инфекции — это кроворазжижающие препараты, они назначаются всем. А вот назначение противовирусных или антибиотиков зависит от времени выявления, времени поступления в больницу и других факторов.
Какие последствия возникают
Постковидному синдрому подвержены все, вопрос лишь в том, что для вас более жизненно важно. Если у вас поражение на коже, вы с этим можете жить и даже не обращаться к врачу. Когда у вас проблемы с дыханием, вы поспешите в больницу — это жизненно важно. Если вы начали плохо соображать, вы на это отреагируете гораздо быстрее, чем если у вас сыпь на коже. Естественно, что дыхательная и нервная система стоят у нас на первом месте.
25% людей, по нашей выборке и по данным других коллег, страдают нарушениями функций высшей центральной нервной системы. Вирус проникает через сосуды в клетки, защищающие эти сосуды, и в дальнейшем переходит на клетки нервной системы, вызывая изменения. Примерно у четверти заболевших отмечается нарушение центральной нервной системы по типу энцефалопатии, то есть нарушения высшей функции головного мозга. Проявляться это может по-разному: как нарушение краткосрочной памяти, нарушение настроения, нарушение синтеза, когда человек не может вспомнить название предмета. Например, он может описать устройство, которое издает свет, находится в стеклянной колбе, а сказать слово «лампочка» не может. Или он описывает человека из записной книжки, которому надо позвонить, словами «высокий, с бородой, загорелый», а как зовут — не помнит.
30% жалуются на выраженную слабость, около 40% — на выпадение волос, около 30% — на боли в суставах и мышцах. Где-то 15% жалуются на потерю сна и нарушение ритма день — ночь. Зачастую это связано с длительным нахождением в больнице и реанимации. Нарушение настроения мы наблюдаем в большом количестве, и неудивительно. У меня есть пациенты, которые 45 дней провели в реанимации на животе. Можете представить, о чем они думали? Когда задыхаешься просто от того, что начинаешь разговаривать, а дома у тебя дети остались, а соседа только что, простите, упаковали и унесли, — о чем ты будешь думать? Полагаю, многим после перенесенного коронавируса нужна психотерапия.
Как восстановиться после COVID-19
Практически все постковидные последствия восстановимы, если этим заниматься, — даже значительные поражения легких: бывает, доходит до 75%, а на выписке уже 25%. В организме есть такой прекрасный процесс, как саногенез — человек сам себя восстанавливает. Организм останавливает поражения, которые обратимы. Но мы можем ему помочь дыхательной гимнастикой, препаратами, которые блокируют образование рубцов в легких, физической нагрузкой, занятиями в бассейне. Бассейн — одно из самых лучших мест для восстановления легких и мышц, плюс, когда видишь синюю воду и (желательно) голубое небо, идет нормализация нервной системы.
Практически всё мы можем восстановить, если не брать тяжелые осложнения, например инсульт, вызванный COVID-19. Потому что инсульт сам по себе тяжело восстанавливается. Тут все зависит от того, как быстро была оказана помощь на скоропомощном этапе. Это одно из опаснейших проявлений коронавирусной инфекции — инсульт, тромб в голове, а не в легком. Причем в голове он быстрее заметен. Так же как при обычном инсульте, у нас есть надежда на нейропластичность. Ткани мозга способны к регенерации, восстанавливаются связи, прописываются новые. Самые умные люди используют мозг максимум на 30%, а многие — только на 10%. А остальные ткани остаются незадействованными.
После инсульта у нас есть ровно один год, чтобы за счет реабилитации перенести утраченные функции в новые участки мозга, активировать их и закрепить. Через год это окно закрывается — все, что достигнуто в реабилитации после инсульта за первый год, останется, а больше ничего сделать особо не получится.
Восстановление новых путей идет путем игр. Мы рисуем картинки, пишем прописи, складываем паззлы. Это все направлено на восстановление привычных паттернов. Как только мозг строит новую связь, скорость передачи импульса достигает примерно 320 км/ч, очень быстро. Помогают и различные упражнения на память, которые дают психотерапевты. Если нарушен сон, надо принимать антидепрессант. Сейчас антидепрессанты есть на любой случай, все подбирается индивидуально.
В Европе и в Америке количество людей, принимающих антидепрессанты, на несколько порядков выше, чем у нас. А в нашей стране после карательной психиатрии в прошлом отношение к психиатру заведомо плохое. «Я не пойду к психиатру, потому что меня будет считать сумасшедшим, врач меня отравит таблетками», — думают многие. Вероятно, те же, кто говорит: «Я не буду прививаться». Вот на днях не пустили в отдаленное село вертолет, прилетевший за пациентом, который болен COVID-19. Местные жители вертолет прогнали, потому что он «принесет заразу».
Поэтому так важно говорить про психиатров, что это не страшные ребята, они тоже врачи, просто дают тебе таблетку, которая улучшает твой фон. Ведь депрессия — это что? У вас серые очки, и, на что бы вы ни смотрели, вы все видите в сером цвете. Задача антидепрессантов — снять с вас очки, чтобы вы посмотрели, что это все-таки нормально и у вас просто из-за этих очков такое восприятие.
Влияние коронавируса на нервную систему и методы восстановления мозга
Что представляет собой SARS-CoV-2?
Коронавирусная болезнь 2019 (COVID-19), болезнь, вызванная новым тяжелым острым респираторным синдромом Коронавирус-2 (SARS-CoV-2), представляет собой вирусную пандемию. Как член семейства коронавирусов, SARS-CoV-2 имеет 77,2% идентичности аминокислот, 72,8% идентичности последовательности и структурное сходство с коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV). Обладая высокой аффинностью рецептор-связывающего домена ангиотензин-превращающего фермента-2 (ACE-2), SARS-CoV-2 проникает в клетки человека так же, как SARS-CoV. Подтвержденно многочисленными исследованиями, что SARS-CoV-2 также может атаковать центральную нервную систему (ЦНС).
Жалобы пациентов во время и после коронавирусной инфекции
Клиническая картина заражения COVID-19
Неврологические расстройства после коронавирусной инфекции
Патологические процессы
Изменение мозга после коронавирусной инфекции
Межполушарная ассиметрия
Интересно отметить, что все аномалии диффузии в белом веществе ограничиваются правым полушарием, без асимметричных симптомов, о которых сообщают пациенты с COVID-19. Преобладание аномальной диффузионной способности белого вещества может быть связано с разницей объема крови в полушариях. На преобладание правой стороны в восприятии запаха указывают многочисленные исследования обонятельной функции, которые не были полностью изучены. Изменения диффузии на правой стороне могут быть связаны с восприятием запаха на правой стороне, что требует дальнейших исследований.
Результаты исследования показали возможное нарушение микроструктурной и функциональной целостности мозга на этапах восстановления от COVID-19, что свидетельствует о долгосрочных последствиях SARS-CoV-2.
Система гемостаза при COVID-19
Поскольку гемостатические нарушения, включая диссеминированное внутрисосудистое свертывание и тяжелую воспалительную реакцию, которые часто наблюдались у пациентов с COVID-19, некоторые люди могут иметь предрасположенность к церебрально-сосудистым событиям, вызванным инфекцией и неправильным лечением. Известно, что ишемические изменения сопровождаются более низким значением FA и более высоким значением MD в ишемических поражениях.
Потеря обоняния и повреждение мозга
Нейрогенез после COVID-19
Другие исследования после коронавирусной инфекции
Лечение последствий коронавирусной инфекций для нервной системы