Covid-19: Điều gì xảy ra bên trong cơ thể?

Cơ thể phản ứng thế nào khi bị nhiễm virus SARS-CoV-2? Những quá trình sinh lý nào giúp đỡ hoặc cản trở cơ thể loại bỏ virus và quá trình nào đảm bảo một người bị Covid-19 thể nhẹ?

Càng tìm hiểu về Covid-19, càng có nhiều câu hỏi về những giả định của chúng ta đối với căn bệnh này.

Ban đầu, thông tin về căn bệnh này xuất phát từ các báo cáo ca bệnh và những gì chúng ta biết là đại dịch cúm và hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS) do SARS-CoV.

SARS-CoV là một virus corona có chung 82% bộ gen với SARS-CoV-2. Năm 2003, virus này đã gây ra dịch SARS trên toàn cầu.

Rất nhanh sau đó, mọi người hiểu ra rằng COVID-19 rất khác so với cúm mùa, với tỷ lệ tử vong và lây nhiễm cao hơn, nhưng phải mất nhiều thời gian hơn để nhận ra nó có những điểm khác biệt và tương đồng quan trọng với SARS.

Ví dụ, Covid-19 bị 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 lại có thể trở nên hữu ích ở giai đoạn sau. Ví dụ, thụ thể men chuyển angiotensin 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.

Tính năng 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 bệnh chồng chéo lên nhau. Những người bị Covid-19 có thể có hoặc không biểu hiện những đặc điểm của giai đoạn sớm hơn hoặc muộn hơn.

Giai đoạn 1: Xâm nhập tế bào và virus nhân lên trong mũi

Cả SARS-CoV-2 và SARS-CoV đều thâm 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, thành sau 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 mặt trên lớp tế bào niêm mạc mũi và do đó, không phải là một vị trí quan trọng để virus SARS-CoV nhân lên.

Trong SARS, hầu như không có bất kỳ triệu chứng nào ở đường hô hấp trên và các đơn vị virus hiếm khi hiện diện bên ngoài phổi. Thực tế này ban đầu đã khiến các nhà khoa học không tập trung vào việc tiếp tục tìm kiếm thụ thể ACE2 ở mũi.

Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã tìm thấy các thụ thể ACE2 trên các tế bào xuất tiết và tế bào nhung mao trong mũi.

Mới hơn, các nhà khoa học đã tìm thấy các thụ thể ACE2 trong miệng và lưỡi, chỉ ra đường lây truyền qua đường miệng.

Các nhà nghiên cứu cũng thấy nguồn cung dồi dào một protease có tên là TMPRSS2, tách ra khỏi đầu gai 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 của virus chỉ đạo tế bào tạo ra hàng triệu bản sao virus mới.

Theo một bài báo, protease TMPRSS2 có thể hoạt động dễ dàng hơn để di chuyển phần đầu của gai virus vì sự khác biệt di truyền giữa SARS-CoV và SARS-CoV-2 có nghĩa là giờ đây dễ dàng phá vỡ phần được gọi là vị trí phân tách furin.

Hệ quả là, SARS-CoV-2 có thể gắn chặt hơn gấp 10 lần để đưa ARN của nó vào trong tế bào, lý giải tại sao COVID-19 lây truyền rất nhanh.

Một nghiên cứu nhỏ nhưng rất cẩn thận về các mẫu virus từ 9 người nhập viện sau khi theo dấu tiếp xúc – nằm trong một cụm ca nhiễm 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 virus trên mỗi mẫu phết từ đường hô hấp trên trong 5 ngày đầu tiên xuất hiện triệu chứng. Mức độ virus ở 6 trong số 9 đối tượng là không thể phát hiện trong mũi và họng đến ngày thứ 10. Các mẫu có từ ngày 1 của triệu chứng.

Tất cả, trừ 1 trong 9 người, tải lượng virus ở mẫu phết đường hô hấp trên đã giảm từ ngày 1, cho thấy rằng đỉnh trước khi khởi phát triệu chứng. Điều này có ý nghĩa rõ ràng trong việc ngăn ngừa sự lây lan của virus.

Trong một báo cáo sơ bộ, mất ngửi xảy ra nhiều gấp 6,6 lần ở những người có các triệu chứng khác của COVID-19 đã xét nghiệm PCR Covid-19 dương tính (59%) so với những người có triệu chứng Covid-19 nhưng xét nghiệm âm tính (18%).

Các thụ thể ACE2 và protease TMPRSS2 cũng đã được tìm thấy trong các cấu trúc hỗ trợ cho phiến tế bào thần kinh ở phần trên của mũi, truyền tín hiệu về mùi đến não.

Đây là nghiên cứu đầu tiên lý giải cho triệu chứng quan trọng này của Covid-19. Tuy nhiên, nghiên cứu đang chờ được bình duyệt.

Theo nghiên cứu, mất ngửi là triệu chứng đường hô hấp trên được báo cáo phổ biến nhất ở những người xét nghiệm dương tính với Covid-19, xảy ra ở 59% số người. Nó phổ biến hơn ho dai dẳng (58%) hoặc khàn giọng (32,3%).

Đáng chú ý là số liệu từ mô tả đầu tiên gồm 99 người dương tính với Covid-19 ở Vũ Hán, Trung Quốc, cho thấy một số triệu chứng dự kiến sẽ thấy từ một virus đường hô hấp lại không phổ biến ở COVID-19. Chẳng hạn, chỉ có 4% bị chảy nước mũi và 5% bị đau họng.

Giai đoạn 2: Nhân lên trong phổi và hệ miễn dịch được báo động

Nghiên cứu về tải lượng virus ở Đức cho thấy sự nhân lên tích cực của virus xảy ra ở đường hô hấp trên. 7 trong số 9 đối tượng liệt kê ho trong số các triệu chứng ban đầu.

Trái ngược với số lượng đơn vị virus giảm ở đường hô hấp trên, số lượng trong đờm tăng đối với hầu hết các đối tượng.

Ở hai bệnh nhân có một số dấu hiệu nhiễm trùng phổi, virus trong đờm đạt đỉnh vào ngày thứ 10 – 11. Virus vẫn có mặt trong đờm đến ngày 28 ở một người. Ở tất cả các đối tượng, có trung bình 7 triệu đơn vị virus trong 1ml (khoảng 35 triệu đơn vị trong một thìa cà phê). Số lượng 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. Những tế bào này có vai trò quan trọng trong sản sinh chất hoạt diện (surfactant) – một chất bao bọc các phế nang, nhờ đó giúp duy trì đủ sức căng bề mặt để giữ cho phế nang luôn mở nhằm trao đổi oxy và CO2.

Ngay khi cơ thể nhận ra một protein ngoại lai, nó sẽ hình thành phản ứng đầu tiên. Một phần của phản ứng miễn dịch – các tế bào lympho – bắt đầu tạo ra các kháng thể IgM – tuyến phòng thủ đầu tiên – và sau đó là các kháng thể trung hòa đặc hiệu dài hạn (IgG).

Trong nghiên cứu virus của Đức, 50% số đối tượng 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 báo tiến triển 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 ngửi. Hầu hết sẽ chỉ có các phản ứng sinh lý giai đoạn 1 hoặc 2 đối với nhiễm SARS-CoV-2.

Giai đoạn 3: Viêm phổi

Khoảng 13,8% số người mắc Covid-19 sẽ bị bệnh nặng và sẽ phải nhập viện do khó thở. Trong số những người này, 75% sẽ có bằng chứng của viêm phổi hai bên.

Viêm phổi trong Covid-19 xảy ra khi các phần của phổi bị đông đặc và bị xẹp. Chất hoạt diện giảm trong phế nang do virus hủy hoại các pneumocyte khiến phổi khó giữ cho các 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, sẽ đổ xô đến phế nang. Trong khi đó, các mạch máu xung quanh phế nang bị rò rỉ để đáp ứng với các hóa chất gây viêm mà các tế bào bạch cầu giải phóng ra.

Chất lỏng này gây áp lực lên phế nang từ bên ngoài và, kết hợp với việc thiếu chất hoạt diện, khiến phế nang bị xẹp.

Kết quả là, việc thở trở nên khó khăn và diện tích bề mặt phổi nơi trao đổi oxy thường diễn ra sẽ bị giảm, dẫn đến khó thở.

Cơ thể sẽ cố gắng tự chữa 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 có thể thay đổi.

Hầu hết bệnh nhân sẽ hồi phục ở giai đoạn này với truyền dịch tĩnh mạch hỗ trợ và thở oxy qua mặt nạ hoặc mặt nạ áp lực dương bên ngoài.

Giai đoạn 4: Hội chứng suy hô hấp cấp, bão cytokine và suy đa tạng

Thời gian phổ biến nhất để khởi phát của bệnh nguy kịch 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 nặng (ARDS), giai đoạn viêm nhường chỗ cho giai đoạn xơ hóa. Các khối fibrin hình thành trong phế nang và các vi huyết khối fibrin-tiểu cầu (huyết khối nhỏ) gây tắc các mạch máu nhỏ trong phổi chịu trách nhiệm trao đổi khí với phế nang.

Có hy vọng rằng các thuốc đã được cấp phép để điều trị tiêu huyết khối trong đột quỵ có thể hữu ích trong giai đoạn này.

Cytokine là những chất trung gian hóa học mà các tế bào bạch cầu như đại thực bào giải phóng ra, và chúng có thể nuốt các tế bào bị nhiễm. Các cytokine này – như IL1, IL6 và TNF – có các hoạt động bao gồm làm giãn thành mạch và làm tăng tính thấm thành mạch. Trong bệnh cảnh cực đoan, điều này có thể dẫn đến sự sụp đổ của hệ thống tim mạch.

Estrogen trong tế bào chuột ngăn chặn giải phóng các cytokine từ đại thực bào. Mặc dù các nghiên cứu trên động vật thường không đồng nghĩa với những phát hiện quan trọng ở người, đây có thể là một cách giải thích cho bệnh Covid-19 nặng hơn ở nam giới.

Mặc dù số lượng thụ thể ACE2 ít hơn có khả năng bảo vệ trong giai đoạn 1, vì có ít vị trí hạ cánh cho virus hơn, nên khi đạt đến giai đoạn 4, các thụ thể này có thể trở nên bảo vệ.

Các thụ thể ACE2 ở người khỏe mạnh đóng vai trò điều tiết quan trọng đối với hoạt động của men chuyển angiotensin 1 (ACE1).

Để đáp ứng với nhiễm trùng, ACE1 tạo ra quá nhiều angiotensin 2 từ angiotensin 1.

Angiotensin 2 trực tiếp gây tổn thương phổi, gây co thắt mạch và gây thoát mạch. 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 trong 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 tăng nguy cơ nhiễm trùng vẫn là một giả thiết.

Đây là lý do tại sao cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu về sinh lý của căn bệnh mới đầy thách thức này.