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冠状病毒如何夺命?从头脑到脚趾肆虐全身 ——临床医生追踪病毒

2020-06-15 12:00:10

在人体内的横冲直撞
Original 禅心云起 私产经济学与伦理学 1 week ago

? 尽管这种让世界停摆的病毒如此“诡计多端”,人们还是有希望找到“道高一丈”的治疗方法。(作者/Meredith Wadman、Jennifer couzine-frankel、Jocelyn Kaiser、Catherine Matacic,翻译/瑞秋的春天,2020年4月17日发表于《科学》杂志网站)


引语

近日,乔舒亚·丹森(Joshua Denson)医生在一间拥有约20张床位的重症监护病房查房时,对患者进行了评估:有两人患有癫痫、多人患有呼吸衰竭,还有一些病人的肾功能正处于危险的恶化状态。就在几天前,他还几次中断查房,由于他的团队试图救活一名心脏停跳的年轻女子,但没能成功。作为杜兰大学医学院的肺专科和重症监护医师的丹森表示,这些患者都有一个共同点:“他们都是COVID-19(2019冠状病毒病)阳性。”

随着全球确诊的COVID-19病例数量激增,迄今超过了220万,死亡人数超过了15万,临床医生和病理学家正竭尽全力,了解冠状病毒肆虐全身造成的损害。他们意识到,虽然肺部是“原爆点”,但病毒的危害可以延伸到许多器官,包括心脏和血管、肾脏、肠道和大脑。

“[这种疾病]几乎可以攻击人体内任何部位,并带来毁灭性后果,”耶鲁大学和耶鲁-纽黑文医院心脏病专科医生,领导着多项收集有关COVID-19临床数据工作计划的哈兰·克鲁姆霍兹(Harlan Krumholz)表示:“它来势汹汹,令我们惊叹而又谦卑万分。”

了解病毒的这种残暴性质,有助于一线医生治疗那些病得不轻(有时甚至令人感到不可思议)的感染者。一种危险的、新观察到的血栓形成倾向(血栓是在血管中形成的血凝块,于循环系统中会妨碍或阻断血流),是否会将一些轻症状况转变为危及生命的紧急情况?在极重症病例背后,是否存在一种过度的免疫反应,从而表明使用免疫抑制药物可能会有所帮助?一些医生报告说一些患者血氧水平低得惊人,可他们却没有喘不过气,这又如何解释?宾夕法尼亚大学医院肺病专科医生Nilam Mangalmurti表示:“当我们开始考虑治疗方法时, 采用一种系统方法可能是有益的。”

▲ 冠状病毒给死于乔治华盛顿大学医院的59岁男子的肺部造成了大面积损害(黄色)。

接下来是简单明了的信息,以便帮助你快速形成关于病毒如何攻击人体(尤其是大约5%的危重症患者)细胞的理解。尽管现在每周都有千余篇论文潮水般涌入期刊或登上预印本服务器,但这种病毒表现得就像人类从未见过的微生物,故尚难以捕捉到一个清晰的图景。如果没有更大规模的前瞻性对照研究,科学家们就必须从小规模研究和病例报告中获取信息。这些研究和病例报告往往以惊人的速度发表,尚未经过同行评议。“随着这一现象的延续,我们需要保持非常开放的心态,”在拉什大学医学中心治疗COVID-19患者的肝脏移植医生南希·罗(Nancy Reau)说:“我们仍在学习。”


感染开始

当受感染者呼出携带病毒的飞沫,被其他人吸入以后,这种新型冠状病毒,也称作SARS-CoV-2,就会进入鼻腔和咽喉。根据韦康桑格研究所和其他机构科学家的预印本,病毒会在鼻腔内壁找到一处舒适的归宿。它们发现那里的细胞富含一种叫做ACE2(血管紧张素转换酶2)的细胞表面受体。常有助于调节血压的ACE2在整个人体中的存在,标志着那些易受感染的组织,因为病毒需要借助这种受体进入细胞。病毒一旦进入细胞内部,就会劫持细胞机制,进行无数次自我复制,并侵入新的细胞。

随着病毒繁殖,感染者可能会排出大量病毒,尤其是在第一周左右。此时可能没有表现出症状。要幺,病毒的新受害者可能会出现发烧、干咳、喉咙痛、嗅觉和味觉丧失,或者头痛和身体疼痛。

如果人体免疫系统在最初阶段没有击退SARS-CoV-2,那幺病毒就会沿着气管下行,攻击肺部,在那里变得致命。肺呼吸树较细、较远的分支,在称为肺泡的微小气囊中结束。每个气囊由一层细胞排列而成。这些细胞也同样富含ACE2受体。

正常情况下,氧气穿过肺泡进入毛细血管,也就是位于气囊旁的微小血管;然后氧气被输送到身体其他部位。但是,当免疫系统和入侵者作战时,战斗本身就会破坏这种健康的氧气传输。前线的白细胞会释放一种叫做趋化因子的炎症分子,这些趋化因子接着又会召唤更多的免疫细胞,靶向并杀死受病毒感染的细胞,留下一堆液体和死亡细胞的杂烩——脓液。这就是肺炎的基本病理,伴有相应症状:咳嗽;发烧;呼吸短浅而紧促。

一些COVID-19患者康复了,有时最多只靠鼻套管吸入氧气。但其他人病情恶化,通常是突然发作,发展成一种叫做急性呼吸窘迫综合症(ARDS)的症状。他们血液中的氧气含量急剧下降,呼吸变得异常挣扎。在X光和计算机断层扫描中,他们的肺部密密麻麻分布着白色混浊物,而那里原本该是储存空气的暗色空间。通常,这些病人最终需要使用呼吸机。许多人死亡。尸检显示,他们的肺泡充满了液体、白细胞、粘液和受损的肺细胞碎屑。

一个入侵者的影响

严重情况下,SARS-CoV-2会进入肺部,对肺部造成严重损害。但这种病毒,或者人体对它的反应,会伤害许多其他器官。科学家们才刚刚开始探索这种危害的范围和性质。


一些临床医生怀疑,许多重症患者病情恶化的驱动因素,是免疫系统灾难性的过度反应,即所谓的“细胞因子风暴”(cytokine storm),已知其他病毒感染也会引发这种反应。细胞因子是引导健康的免疫反应的化学信号分子;但在细胞因子风暴中,某些细胞因子的水平飙升,远远超过必要的水平,免疫细胞开始攻击健康组织。血管渗漏、血压下降、血栓形成,灾难性的器官衰竭也会随之而来。

一些研究表明,在COVID-19住院患者的血液中,这些炎症诱导细胞因子水平升高。天普大学医院负责治疗COVID-19患者的肺病专科医生杰米·加菲尔德(Jamie Garfield)表示:“这种疾病的实际发病率和死亡率,可能是由于对这种病毒的过度炎症反应。”

但其他人并没有被说服。“人们似乎太急于将COVID-19与这些炎症反应联系起来,”斯坦福大学医学院肺部危重症护理医师约瑟夫?莱维特(Joseph Levitt)表示:“我还没有真正看到令人信服的数据来证明这一点。”

他还担心,想方设法抑制细胞因子反应,可能会带来适得其反的效果。几种靶向特定的细胞因子的药物,正在COVID-19患者身上进行临床试验。但莱维特担忧这些药物可能会抑制人体对抗病毒所必要的免疫反应。莱维特认为:“我们允许更多的病毒复制,这确实存在风险。

与此同时,其他科学家正在把注意力集中在一个完全不同的器官系统上,照他们的说法,一些患者的病情迅速恶化与此有关:心脏和血管。

打击心脏

在意大利布雷西亚地区,一名53岁的妇女走进当地一家医院的急诊室,伴随着心脏病发作的所有典型症状,包括心电图中显露无遗的体征和一种血液标志物的高水平浓度,都表明了她的心肌受损。进一步的体检,显示她患有心脏肿胀和瘢痕,左心室——通常是心脏的动力舱——非常虚弱,只能泵出正常血液量的1/3。但是,当医生在冠状动脉注射染料,寻找可能导致心脏病发作的阻塞物时,却没有任何发现。另一项检测揭示了原因:这名女子患有COVID-19。

病毒如何攻击心脏和血管成了一个谜,但数十份预印本和论文证明了这种损害是常见的。3月25日发表在《JAMA心脏病学》上的一篇论文,记录了中国武汉416例住院COVID-19患者中,有近20%的患者出现了心脏损伤。在武汉的另一项研究中,138名住院患者中,有44%患有心律失常。

病毒的这种扰乱,似乎延伸到了血液本身。根据4月10日发表在《血栓症研究》杂志上的一篇论文,在一家荷兰重症监护病房184名COVID-19患者中,38%的患者血液凝结异常,近1/3患者已经有了血栓。血栓会破碎并落在肺部,阻塞重要的动脉——这种情况被称为肺栓塞,据报道已经有19名患者死于这种情况。来自动脉的血栓也会滞留在大脑,引起脑中风。哥伦比亚大学医学中心的心血管医学研究员Behnood Bikdeli说,许多患者体内的D-二聚体含量高得“惊人”,这是血栓的副产品。

Bikdeli指出:“我们观察得越多,就越有可能发现血栓是导致COVID-19疾病严重程度和死亡率的主要因素。”

感染也可能导致血管收缩。有报告显示,手指和脚趾出现了局部缺血——血液流动减少,可能导致手指肿胀、疼痛和组织坏死。

在肺部,血管收缩可能有助于解释一种令人困惑的现象,在由COVID-19引起的肺炎中:一些患者的血氧水平极低,却并没有出现呼吸困难。有可能在疾病的某些阶段,这种病毒改变了某些(有助于血压调节的)激素的微妙平衡,并收缩通往肺部的血管。所以氧气摄入是被血管收缩而不是肺泡阻塞所妨碍。莱维特说:“有一种理论认为,病毒会影响血管机理,这就是为什幺我们会看到极低的血氧水平。”

如果COVID-19的目标是血管,这也会有助于解释为什幺那些先前患有血管损伤的病人,例如糖尿病和高血压患者,会面临更高的重症风险。美国疾病控制与预防中心(CDC)最近在美国14个州住院患者的数据当中发现,约有1/3的病人患有慢性肺病——且几乎有同样多的病人患有糖尿病,足足有一半的病人先前患有高血压。

Mangalmurti说,她对宾夕法尼亚大学的重症监护室(ICU)里“事实上没有大量哮喘患者”或其他呼吸道疾病患者“感到震惊”:“令我们非常惊讶的是,风险因素似乎是血管:糖尿病、肥胖、年龄、高血压。”

科学家们正在努力弄清到底是什幺导致了心血管损伤。这种病毒也许会直接攻击心脏和血管内膜,而这些内膜就像鼻腔和肺泡一样富含ACE2受体。要幺可能是由于肺部当中的混乱造成的缺氧损害了血管。要幺细胞因子风暴会像损坏其他器官一样损坏心脏。

“我们还处于起步阶段,”克鲁姆霍尔兹说:“我们真的不知道谁是脆弱的,为什幺有些人受到如此严重的影响,病情来得如此之迅速……还有为什幺(有些人)很难恢复健康。”

多个战场

对肺衰竭导致呼吸机短缺的担忧,引起了全球范围内的广泛关注。而对另一种设备——血液透析机的争夺就没那幺激烈。纽约大学朗格尼医学中心神经疾病学家詹妮弗·弗龙特拉(Jennifer Frontera)指出:“这些病人如果不是正死于肺衰竭,就是正死于肾衰竭。”这家中心已经治疗了数千名COVID-19患者。她所在的医院正在开发一种使用不同设备的透析方案,以便维持更多患者的生命。需要透析的原因,也许就在于肾脏富含ACE2受体,给病毒提供了另一个靶标。

据一份预印本显示,武汉的85名住院患者中有27%患有肾衰竭。另一份报告显示,武汉及邻近地区近200名住院COVID-19患者中,59%患者的尿液中含有蛋白质和血液,这表明肾脏受到了损害。那些患急性肾损伤(AKI)的COVID-19患者,死亡率是未患急性肾损伤患者的5倍多。

▲ 在意大利,医护人员在重症监护病房帮助一名19岁的COVID-19患者。

中国科学院苏州生物医学工程技术研究所神经系统科学家、该研究报告的合着者之一贾宏博说:“肺是主战场。但有一小部分病毒可能会攻击肾脏。就像在真正的战场上,如果两个地方同时受到攻击,每一个地方都会变得更糟。”

在一项研究中,从尸检的肾脏电子显微照片里面发现了病毒颗粒,这表明直接的病毒攻击。但肾损伤也可能是附带损害。呼吸机增加了肾脏损伤的风险,抗病毒药物包括正试验性地用于COVID-19患者的瑞德西韦(remdesivir)也一样。细胞因子风暴还能显着地减少流向肾脏的血液,造成常见的致命损害。先前存在的疾病,如糖尿病,会增加急性肾损伤的风险。西北肾脏医疗中心首席医疗官苏珊娜·瓦特尼克(Suzanne Watnick)说:“很多先前患有慢性肾脏疾病的病人急性肾损伤的风险更高。”

蹂躏大脑

COVID-19患者的另一组显着症状,集中在大脑和中枢神经系统。弗龙特拉表示,她所在的医院需要神经专科医生来评估5%到10%的冠状病毒患者。但她指出,这“可能严重低估了”那些大脑处于痛苦挣扎状态的人数,尤其是因为许多人服用了镇静剂,并使用着呼吸机。

弗龙特拉观察过患有脑炎、癫痫和“交感神经风暴”的患者。交感神经风暴是一种免疫反应:细胞因子风暴在大脑中的另一版本。一些COVID-19患者会短暂地失去意识。其他人患有脑中风。许多人报告说,他们失去了嗅觉。弗龙特拉等人想知道,在某些情况下,感染是否会抑制感觉缺氧的脑干反射。这是对有些患者尽管血氧水平低到了危险程度但并未艰难喘气的轶闻类观察现象的另一种解释。

约翰斯·霍普金斯医学院重症监护医师罗伯特·史蒂文斯(Robert Stevens)说,ACE2受体存在于神经皮层和脑干中。但尚不清楚病毒是在什幺情况下进入大脑并和这些受体相互作用的。也就是说,2003年严重急性呼吸系统综合症(SARS)流行背后的冠状病毒——今天罪魁祸首的近亲——可能会渗入神经元,有时还会引起脑炎。4月3日,《国际传染病杂志》上刊登了一份来自日本研究小组的病例研究报告。报告显示,在一名罹患脑膜炎和脑炎的19岁COVID-19患者的脑脊液中,发现了新型冠状病毒的踪迹,这表明该病毒也会渗透到中枢神经系统。

▲ 一名58岁的COVID-19妇女患有脑炎,导致大脑组织损伤(箭头)。

然而,其他因素也可能会损害大脑。例如,一场细胞因子风暴可能导致脑肿胀,而血液凝结的过度倾向,可能会引发脑中风。当前我们面临的挑战是要摆脱疑惑和树立信心,但在工作人员专注于拯救生命时,甚至是神经学评估,如诱导呕吐反射或运送病人去进行脑部扫描,都会冒着传播病毒的风险。

上个月,匹兹堡大学医学中心的神经学家周雪莉(Sherry Chou)开始组织一个全球联盟。该联盟目前包括50家医学中心,从已经接受治疗的患者那里收集神经学数据。早期目标很简单:确定住院患者当中神经系统并发症的发生率,并记录其表现。从长远来看,周和她的同事希望收集扫描、实验室测试和其他数据,以便更好地了解病毒对包括大脑在内的神经系统的影响。

周推测了一种可能的入侵途径:通过鼻腔,然后向上,通过嗅球(前脑结构中参与嗅觉的部分,用于感知气味)——这解释了嗅觉丧失的报告——和大脑联系起来。“这是一个听起来不错的理论,”她说:“可我们确实需要证明这一点。”

大多数神经系统症状来自于“同事之间口口相传的报告”,周补充说:“我不认为任何人,当然也包括我,可以说自己是专家。”

抵达肠道

3月初,一名71岁的密歇根州妇女从埃及尼罗河游览归来,出现了流血性腹泻、呕吐和腹痛等症状。起初,医生怀疑她患有一种常见胃病,比如沙门氏菌。但在她出现咳嗽症状后,医生用鼻腔拭子采样,发现呈新型冠状病毒阳性。《美国胃肠病学杂志》(AJG)网站上发表的一篇论文称,粪便样本中病毒RNA呈阳性以及内窥镜检查发现结肠损伤的迹象,都表明了胃肠道的冠状病毒感染。

她的病例给越来越多的证据又增添了一个,这些证据表明,这种新型冠状病毒,就像其近亲SARS一样,可以感染下消化道内壁,那里有着大量至关重要的ACE2受体。在多达53%的患者的粪便样本中发现了病毒RNA。《美国胃肠病学杂志》上发表的一篇论文中,一个中国团队报告称,在一名19岁COVID-19患者胃、十二指肠和直肠细胞的活组织切片中,发现了这种病毒的蛋白质外壳。贝勒医学院的病毒学家Mary Estes表示:“我认为它可能确实会在胃肠道中复制。”

洛杉矶西达斯西奈医学中心的布伦南?斯皮格尔(Brennan Spiegel)是《美国胃肠病学杂志》联合主编,他说,最新报告显示,有时多达半数的患者(各项研究中平均约20%)经历过腹泻。斯皮格尔等人表示,美国疾病控制与预防中心(CDC)列出的19种症状中没有胃肠道症状,这可能会导致一些COVID-19病例未被注意到。北加州医疗机构凯萨恒健的道格拉斯·科利( Douglas Corley),《美国胃肠病学杂志》联合主编认为:“如果主要症状是发烧和腹泻,你就不会接受COVID检测。”

病毒在消化道的存在增加了令人不安的可能性,即它可以通过粪便传播。但目前还不清楚粪便中是否含有活跃的传染性病毒,而不仅仅是RNA和蛋白质。爱荷华大学冠状病毒专家斯坦利·珀尔曼(Stanley Perlman)说,迄今为止,“我们没有证据”表明粪便传播是重要的。CDC表示,根据SARS和导致中东呼吸综合征的病毒(新型冠状病毒的另一种危险近亲)的经验,粪便传播的风险可能很低。

肠道并不是疾病在体内传播的终点。例如,多达1/3住院病人患上了结膜炎——粉红色、水汪汪的眼睛——尽管还不清楚这种病毒是否会直接侵入眼部。其他报告显示了肝损伤:根据两份预印本,在中国两家医疗中心住院的19名COVID-19患者中,超过半数患者体内酶水平升高,表明肝脏或胆管受到了损伤。但一些专家告诉《科学》杂志,病毒的直接入侵不太可能是罪魁祸首。他们说,身体机能衰竭时发生的其他事件,如药物或免疫系统超负荷更有可能导致肝损伤。

这张COVID-19对人体造成破坏的示意图还只是一张草图。这需要多年的缜密研究,才能清晰地看到它的影响范围,以及它可能引发的心血管和免疫效应的连锁反应。随着科学飞速发展,从显微镜下的组织探测,到病人身上的药物测试,尽管这种让世界停摆的病毒如此“诡计多端”,人们还是有希望找到“道高一丈”的治疗方法。

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spring
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Cumulus

这里描述的症状、表现和诊断和今天瑞士专家描述的几乎一模一样:病毒主要攻击血管内壁,可以是任何器官,可以形成血管栓塞,肺部表现明显只是因为肺部血管最便利面积最广而已,引用瑞士专家的话“肺部像个平坦网球场”。

Mr. Y

感觉这是迄今为止能看到的比较完整而通俗易懂的解释报告。新冠病毒确实可怕…

绿色

这才是读者要看的,喜欢谢谢!