COVID-19: основні концепції колективного імунітету

Актуальність

Колективний імунітет (КІ) забезпечує опосередкований захист чутливих до патогену осіб, зводячи до мінімуму ймовірність їхнього зараження. КІ почне діяти, коли популяція досягне порогового рівня КІ до певного збудника. На цьому етапі передача інфекції не буде можлива, і захворюваність піде на спад.

Поява нового коронавірусу тяжкого гострого респіраторного синдрому-2 (SARS-CoV-2) та викликаного ним захворювання COVID-19 продемонструвало руйнівний вплив нового інфекційного патогену на популяцію. У публікації розглядаються основні концепції КІ та обговорюються його значення в контексті COVID-19.

Базові концепції КІ

Набутий імунітет на індивідуальному рівні виникає після зараження патогеном або після проведення імунізації вакциною. КІ формується з індивідуального імунітету, що масштабується до рівня всього населення. За наявності в популяції великої частки осіб із наявним імунітетом саме це є опосередкованим захистом від інфекційного збудника для чутливих осіб. Цей ефект враховується при створенні програм вакцинації населення, метою яких є встановлення КІ, щоб ті, кому протипоказана вакцинація, в тому числі діти та імуносупресивні особи, були захищені від інфекційних захворювань. Залежно від частки стійких до патогену осіб у популяції поява інфікованої особи може дати різні результати. Так, в абсолютно непідготовленій «наївній» популяції патоген здатен поширюватися через сприйнятливих господарів безконтрольно при контакті інфікованих осіб з неінфікованими. Однак, якщо частина популяції матиме імунітет до певного патогену, вірогідність ефективного контакту між інфікованою особою та чутливою до патогену людиною знижується, оскільки значна кількість осіб у популяції є захищеними «імунними», а, отже, передача патогену неможлива. Якщо наявна незначна кількість чутливих осіб, то патоген не може успішно розповсюджуватися і його поширеність знижується. Точка, в якій частка чутливих до патогену осіб зменшується нижче рівня передачі інфекції, відома як поріг КІ. Вище цього рівня починає діяти КІ, коли чутливі до патогену особи отримують непрямий захист від інфекції.

Поріг КІ визначається лише одним параметром — базовим репродуктивним числом (R0, або індекс репродукції) і визначається як середня кількість вторинних інфекцій, викликаних однією інфікованою особою в повністю чутливій популяції. Наприклад, якщо уявити, що R0=4, це означає, що в середньому одна інфікована особа зможе інфікувати чотирьох здорових протягом інфекційного періоду, враховуючи, що в популяції імунітет відсутній. Поріг КІ визначається значенням 1–1/R0. Наприклад, якщо R0=4, то відповідний поріг КІ становить 0,75. Таким чином, чим вища контагіозність патогену, тим вище його R0 і тим більша частка населення, яка повинна мати імунітет від цього патогену, щоб блокувати стійку передачу інфекції. Наступним важливим параметром КІ є ефективне число розмноження (Re).

Re — середнє число вторинних інфекцій, які генеруються одним індексним випадком протягом інфекційного періоду в частково імунній популяції. На відміну від R0, Re не передбачає повністю чутливої популяції, отже, має здатність змінюватися залежно від поточного імунного статусу популяції, який, відповідно, буде змінюватися в міру прогресування епідемії або впровадженню вакцинації. У результаті мета програми вакцинації — досягнення Re<1, що відбувається тоді, коли частка населення з імунітетом перевищує поріг КІ. На такому етапі патоген не має можливості поширюватися, саме тому спостерігається зменшення кількості інфікованих осіб у популяції.

Встановлення КІ

Вищенаведена інтерпретація КІ є спрощеною. Вона ґрунтується на декількох ключових припущеннях, включаючи «стерилізуючий імунітет» — імунітет, який забезпечує довічний захист від повторного зараження після вакцинації або природного інфікування. У реальності зазначені епідеміологічні та імунологічні припущення складно прогнозувати і, відповідно, КІ залежатиме від варіаційних припущень. Це означає, що поріг КІ буде різнитися в різних популяціях. Для будь-якого інфекційного захворювання, контагіозність патогену залежатиме від багатьох факторів, які впливають на динаміку передачі збудника (наприклад населення, демографічна специфіка, частота контактів між різними соціальними групами). Усі ці фактори впливатимуть на R0, і, відповідно, на КІ.

КІ, який створений шляхом вакцинації або перенесеного інфекційного захворювання, повинен запобігати подальшому поширенню патогену, а не лише клінічному захворюванню. Для деяких патогенів, таких як SARS-CoV-2, клінічні дані є поганим показником передачі захворювання, оскільки наявний легкий або безсимптомний перебіг COVID-19 у деяких осіб, однак вони залишаються бути висококонтагіозними та продовжувати поширювати патоген у популяції.

Після досягнення порога КІ його ефективність значною мірою залежатиме від напруженості та тривалості набутого імунітету. Для патогенів, що індукують довічний імунітет (наприклад патоген кору), КІ є високоефективним та запобігає подальшій передачі збудника у популяції. На жаль, така ситуація є рідкісною, адже здебільшого імунітет після перенесеного захворювання чи вакцинації з часом знижується (наприклад для коклюшної інфекції). У результаті цього КІ є менш ефективним, саме тому існують періодичні спалахи захворювань.

Також наявні випадки, коли КІ нерівно розподілений у популяції. У цьому разі можуть залишатися кластери чутливих до патогену осіб. Навіть якщо частка імунізованих осіб в популяції загалом перевищує поріг КІ, групи чутливих до збудника осіб все одно підтверджені ризику захворюваності.

КІ та SARS-CoV-2

Триваюча до сьогодні пандемія SARS-CoV-2 спричинила більше 11 млн клінічно підтверджених випадків захворювання на COVID-19 і забрала понад 540 тис. життів у всьому світі (станом на 8 липня 2020 р.). На сьогодні проводяться численні клінічні дослідження зі створення експериментальної вакцини проти COVID-19. Однак поки невідомо, чи приведуть ці дослідження до ефективних результатів. Також залишається невизначеним час проведення цих досліджень, враховуючи те, що здебільшого такі випробування тривають мінімум 12–18 міс. За відсутності вакцини теоретично можливе формування КІ шляхом природного інфікування.

З початку поширення SARS-CoV-2 різні дослідження оцінювали R0 вірусу в діапазоні від 2 до 6. На основі аналізу 425 підтверджених випадків захворювання в Ухані було визначено, що R0 становить 2,2. Це означає, що в середньому кожна інфікована особа може заразити 2,2 інших осіб. Однак пізніші дослідження дали оцінку R0 в межах >5,7. Різниця в оцінках демонструє складність отримання точних значень R0 при триваючій пандемії. Тож поточні значення R0 поки залишаються невідомими.

Якщо прийняти значення R0=3 для SARS-CoV-2, то поріг КІ становитиме приблизно 67%. Це означає, що ймовірність зараження почне знижуватися, як тільки частка осіб з набутим імунітетом у популяції переважатиме 0,67. Ця базова модель дає уявлення про кількість осіб, які повинні бути інфіковані SARS‑CoV-2 для створення КІ, за умови відсутності вакцини проти захворювання, враховуючи приблизний поріг КІ та чисельність населення у країні.

Наслідки досягнення порога КІ при SARS-CoV-2

Важливим критерієм оцінки поширення SARS-CoV-2 є загальний коефіцієнт летальності (ЗКЛ) — частка летальних випадків внаслідок певного захворювання серед осіб, у яких було діагностовано це захворювання (тобто підтверджених випадків захворювання) протягом певного періоду. Необхідно зазначити, що до сьогодні ЗКЛ COVID-19 залишається невизначеним у зв’язку з відмінністю в тестуванні у кожній країні, варіантності відбору людей, а також відмінності зареєстрованих летальних випадків внаслідок COVID-19. Крім того, ЗКЛ може змінюватися залежно від вікової структури популяції та частоти коморбідності серед осіб. Таким чином, ЗКЛ може значно відрізнятися в різних країнах у різні періоди.

Дослідження демонструють, що у разі COVID-19 першочергова оцінка ЗКЛ у невеликій групі осіб (41 людина) з лабораторно підтвердженим SARS-CoV-2 була високою (15%). Однак рівень ЗКЛ значно змінився, коли стала доступна більша кількість даних щодо SARS-CoV-2. В одному дослідженні, в якому використовували дані всіх лабораторних досліджень COVID-19 в Китаї, показник ЗКЛ становив 1,38%. Це свідчить, що показник ЗКЛ для COVID-19, як і для більшості інших захворювань, є неоднорідним.

Найважливішим показником для оцінки ціни, яку суспільство заплатить за КІ від SARS-CoV-2, є коефіцієнт смертності від інфекцій (КСІ) — частка смертей внаслідок певного захворювання серед усього населення. Оскільки фіксуються не всі летальні випадки у популяції, особливо при безсимптомному та легкому перебігу COVID-19, КСІ буде нижчим, порівняно з ЗКЛ.

Насправді в різних країнах світу показники КСІ та ЗКЛ сильно варіюють, що підтверджується поточними даними некоригованого ЗКЛ у всьому світі. Так, за даними Центру доказової медицини (The Centre for Evidence-Based Medicine), показники ЗКЛ у 2020 р. становили: Італія — 13,7%, США — 5,77%, Південна Корея — 2,33%.

У березні 2020 р. в Італії внаслідок пандемії відзначено раптовий приплив пацієнтів із COVID-19. Внаслідок цього у всіх медичних центрах країни відчули значний брак місць у відділеннях інтенсивної терапії, а також необхідних медичних засобів, що призвело до суттєвого навантаження на лікувальні заклади. Цей спалах захворювання підкреслює важливість врахування обмежень, характерних для інфраструктури охорони здоров’я на певній території, а також посилення негативних наслідків пандемії.

Зокрема, вкрай важливо пам’ятати про обмеження ресурсів охорони здоров’я під час обговорення шляхів встановлення КІ до SARS-CoV-2, оскільки ця політика є заснованою на припущенні інфікування значної частини населення. Безконтрольне поширення SARS-CoV-2 може завдати серйозної шкоди системі охорони здоров’я. Відповідно, виснаження ресурсів системи охорони здоров’я призведе не лише до підвищення смертності внаслідок COVID-19, а й до підвищення смертності загалом, що особливо небезпечне для країн зі слаборозвиненою системою охорони здоров’я, а також країн із низьким економічним рівнем.

КІ та SARS-CoV-2 з точки зору епідеміології

Оскільки SARS-CoV-2 є новим патогеном, епідеміологічні особ­ливості цього збудника, зокрема механізм передачі та інфекційна динаміка його, на сьогодні є недостатньо відомими. Таким чином, аналіз, представлений у публікації, дає лише незначне уявлення про потенційні наслідки сценарію, при якому суспільство досягає КІ через природне інфікування. В аналізі автори не враховували особливості вірусного поширення та можливості подальшого інфікування, зміни R0 в різні періоди та в різних популяціях, неоднорідність темпів поширення збудника в різних групах населення, специфіку контактів у окремих осіб, а також тяжкість перебігу захворювання. Усі ці фактори необхідно брати до уваги з метою розуміння повної картини поширення SARS-CoV-2, однак поки прогнозування утруднене внаслідок обмеженості наявних даних.

Відмінності вищезазначених параметрів впивають на динаміку передачі інфекції в суспільстві, тому припущення про єдиний R0 для всіх популяцій не відповідає реальності. Крім того, індивідуальні відмінності у здатності до передачі інфекції можуть відіграти важливу роль у подальшому поширенню SARS-CoV-2.

«Суперрозповсюдження» SARS-CoV-2 відбувається у тому разі, якщо складаються обставини, сприятливі для передачі інфекції. Ці обставини пов’язані з одиничним випадком інфікування SARS-CoV-2, який заражає велику кількість осіб. Саме він, як відомо, відіграє важливу роль у розвитку інфекційних спалахів, у тому числі випадків SARS-CoV-2, близькосхідного респіраторного синдрому (MERS) і кору.

Зазначимо, що не до кінця зрозумілими залишаються чинники, які впливають на специфіку чутливості та клінічний перебіг COVID-19. Встановлені відмінності щодо чутливості до патогену свідчать про те, що генетичні, екологічні та соціальні детермінанти лежать, імовірно, в основі відмінностей чутливості до COVID-19 та тяжкості його ускладнень, хоча для глибокого вивчення цього питання необхідні подальші дослідження.

КІ та SARS-CoV-2 з точки зору імунології

Імовірність виникнення КІ до SARS-CoV-2, базується на припущенні, що при зараженні вірусом можливе формування протекторного імунітету. Однак поки що залишається невідомим, як саме люди здатні виробляти стерилізуючий імунітет до SARS-CoV-2. Результати нещодавнього дослідження щодо оцінки інфікування до SARS-CoV-2 продемонстрували, що реінфекція не могла відбутися через місяць після першого вірусного зараження. Це передбачає можливість короткочасного стерилізуючого імунітету. Результати іншого дослідження показали, що у когорті 175 пацієнтів, які одужали від COVID-19, були наявні специфічні сироваткові нейтралізуючі антитіла (n=165). Це свідчить, що вироблення специфічного сироваткового нейтралізуючого антитіла проти SARS-CoV-2 є відносно частим явищем.

• Randolph H.E., Barreiro L.B. et al. (2020) Herd Immunity: Understanding COVID-19. Immunity, 52: 737–741. (https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.04.012).

Анна Хиць