Популяционный иммунитет и его возможные последствия для борьбы с SARS-CoV-2

Как повысить популяционный (коллективный) иммунитет к Covid-19? И каким он должен стать, чтобы распространение коронавируса прекратилось? Ответы на эти вопросы дают доктор медицинских наук Саада Б. Омер и его коллеги из Йельского университета - доктор медицинских наук, магистр естественных наук Инци Йилдири и доктор медицинских наук Ховард П. Форман - в своей статье, опубликованной в престижном журнале Американской медицинской ассоциации (JAMA). Публикуем перевод материала, подготовленный Высшей школой организации и управления здравоохранением (ВШОУЗ) специально для Фонда Росконгресс.

Популяционный иммунитет, также известный как коллективный (общественный) иммунитет, означает защиту потенциально восприимчивых к инфекции индивидуумов, когда в популяции существует достаточно большая доля особей с иммунитетом. Другими словами, популяционный иммунитет - это неспособность инфицированных особей распространять эпидемическую вспышку из-за отсутствия контакта с достаточным количеством восприимчивых особей. Это происходит при наличии индивидуального иммунитета, который может быть приобретен через естественную инфекцию или через вакцинацию.

Термин "коллективный иммунитет" впервые появился более ста лет назад. Во второй половине XX века использование этого термина стало более распространенным по мере расширения программ иммунизации, необходимости описывать цели охвата иммунизацией, обсуждения вопросов искоренения болезней и анализа экономической эффективности программ вакцинации. Ликвидация оспы, устойчивое снижение заболеваемости среди взрослых и тех, кто не привит после плановой иммунизации детей конъюгированными вакцинами Haemophilus influenzae типа В и пневмококковыми вакцинами являются успешными примерами воздействия вакцинно-индуцированного популяционного иммунитета.¹

Порог популяционного иммунитета определяется как доля индивидов в популяции, которые, приобретя иммунитет, больше не могут участвовать в цепи передачи инфекции. Если доля индивидов с иммунитетом в популяции превысит этот порог, то вспышки инфекции прекратятся и эндемическая передача возбудителя будет прервана. В простейшей модели порог коллективного иммунитета зависит от базового показателя репродукции (R0; среднее число лиц, инфицированных инфицированным человеком в полностью восприимчивой популяции) и рассчитывается как 1 − 1/R0 (см. рис.) ²^,³.



Эффективное репродуктивное число включает популяции с частичным иммунитетом и учитывает динамические изменения доли восприимчивых индивидуумов в популяции, наблюдаемые во время вспышки или после массовой иммунизации. Высоко инфекционный патоген, такой как корь, будет иметь высокий R0 (12-18), поэтому для снижения устойчивой передачи инфекции высокая доля населения должна быть к ней невосприимчива. С начала пандемии тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса 2 (SARS-CoV-2) большинство исследователей оценивали R0 этого заболевания в диапазоне от 2 до 3.² Предполагая отсутствие популяционного иммунитета и то, что все индивидуумы одинаково восприимчивы и одинаково инфекционны, можно ожидать, что порог популяционного иммунитета при отсутствии каких-либо вмешательств при этой инфекции будет колебаться между 50% и 67% {(1 - 1/2,5)*100%}.

Продолжительность защиты

Как для естественного, так и для индуцированного вакцинами иммунитета устойчивость иммунной памяти является решающим фактором в определении защиты на популяционном уровне и поддержании иммунитета популяции. В случае кори, ветряной оспы и краснухи длительный иммунитет достигается как при инфицировании, так и при вакцинации. При сезонных коронавирусах стойкого иммунитета не наблюдается или он недолговечен.⁴ При инфекциях, которые вызывают временный иммунитет, в отсутствие вакцины пул восприимчивых людей вскоре увеличивается и вспышки вновь появляются.
С помощью эффективной вакцины и программы вакцинации можно поддерживать иммунитет популяции (даже если для этого требуется периодическая вакцинация), а вспышки могут быть сокращены до тех пор, пока в сообществе поддерживается необходимый уровень.

Роль гетерогенности

Номинальные пороги популяционного иммунитета предполагают случайное смешение особей в популяции. Однако повседневная жизнь более сложна; люди смешиваются неслучайно, и некоторые люди имеют более высокое число взаимодействий, чем другие. Эмпирически подтвержденные сетевые модели показали, что люди, имеющие большее число взаимодействий, во время вспышек заражаются раньше.⁵ Это может способствовать замедлению распространения инфекции в сообществе до достижения номинального порога популяционного иммунитета. Однако неясно, как точно влияет гетерогенность социального смешения на популяционный иммунитет против SARS-CoV-2.

Перекрестная реактивность Т-клеток 

Т-клетки являются важными медиаторами иммунитета. Недавние исследования показали, что перекрестная реактивность с другими коронавирусами может обеспечить относительную защиту населения от новой коронавирусной инфекции 2019 (COVID-19)⁶. Менее ясно, что перекрестная реактивность Т-клеток может обеспечить стерилизующий иммунитет (то есть, хозяин не может переносить или передавать инфекцию) в отличие от снижения тяжести заболевания.

Приобретение популяционного иммунитета, путем перенесения инфекции, как стратегия

Для замедления распространения SARS-CoV-2 был предложен подход к популяционному иммунитету, основанный на перенесении инфекции (то есть позволение группам низкого риска заразиться, с одновременной "изоляцией" восприимчивых групп). Однако такая стратегия чревата рисками. Например, даже при умеренных коэффициентах смертности от инфекции новый патоген приведет к существенной смертности, поскольку большинство, если не все, населения не будет иметь иммунитета к этому патогену. Изолирование групп высокого риска нецелесообразно, поскольку инфекции, которые первоначально передаются в группах с низкой смертностью, могут распространяться на группы с высокой смертностью. Более того, до сих пор нет ни одного примера крупномасштабной успешной стратегии преднамеренного заражения для приобретения популяционного иммунитета.
Существуют лишь редкие случаи, когда, казалось бы, устойчивый популяционный иммунитет достигается за счет перенесения инфекции. Самый последний и хорошо задокументированный пример относится к лихорадке Зика в Сальвадоре, Бразилии. В начале пандемии COVID-19, когда страны Европы закрыли границы в конце февраля и начале марта 2020 года, Швеция приняла решение не делать этого. Первоначально местные власти и некоторые журналисты описывали этот шаг как стратегию выработки популяционного иммунитета: Швеция сделает все возможное, чтобы защитить наиболее уязвимых, но в остальном стремится к тому, чтобы достаточное число граждан заразилось с целью формирования истинного инфекционного иммунитета в популяции. К концу марта 2020 года Швеция отказалась от этой стратегии в пользу активного вмешательства; большинство университетов и средних школ были закрыты для учащихся, введены ограничения на поездки, поощрялась работа на дому и введены запреты собираться группами более 50 человек. Популяционный иммунитет был далеко не выработан, его распространенность в Стокгольме (Швеция) в апреле 2020 года составила менее 8%⁷, что сопоставимо с другими городами, например, с Женевой (Швейцария)⁸ и Барселоной (Испания).⁹
Население Соединенных Штатов составляет около 330 миллионов человек. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, уровень смертности от инфекций составляет 0,5%. Чтобы достичь порога популяционного иммунитета примерно в 60%, приобрести иммунитет должны около 198 миллионов человек, что приведет к нескольким сотням тысяч дополнительных смертей. Если предположить, что до сих пор было инфицировано менее 10% населения¹⁰, с индуцированным инфекцией иммунитетом, длящимся от 2 до 3 лет (продолжительность неизвестна), то достижение популяционного иммунитета для борьбы с пандемией на данный момент нереалистично. Вакцины против SARS-CoV-2 помогут достичь порога популяционного иммунитета, но эффективность вакцины (вакцин) и охват вакцинами еще предстоит выяснить.

Выводы

Популяционный иммунитет является важной защитой от вспышек болезней и успешно развивается в регионах с удовлетворительными показателями вакцинации. Важно отметить, что даже небольшие отклонения от защитных уровней могут привести к значительным вспышкам из-за локальных скоплений восприимчивых людей, как это было замечено в случае кори в течение последних нескольких лет. Поэтому эффективными должны быть не только вакцины, но и программы вакцинации, которые должны быть действенными и применяться достаточно широко, чтобы гарантировать относительную защиту тем, кто не может быть защищен непосредственно.

Ссылки:

1. Fine P, Eames K, Heymann DL. "Herd immunity": a rough guide. Clin Infect Dis. 2011;52(7):911-916. doi: 10.1093/cid/cir007
2. Reproduction number ^® and growth rate ^® of the COVID-19 epidemic in the UK: methods of estimation, data sources, causes of heterogeneity, and use as a guide in policy formulation. The Royal Society. Preprint posted August 24, 2020. Accessed October 16, 2020. https://royalsociety.org/-/mediapolicy/projects/set-c/set-covid-19-R-estimates.pdf
3. van den Driessche P. Reproduction numbers of infectious disease models. Infect Dis Model. 2017;2(3):288-303.
4. Edridge AWD, Kaczorowska J, Hoste ACR, et al.Seasonal coronavirus protective immunity is short-lasting. Nat Med. Published online September 14, 2020. doi:10.1038/s41591-020-1083-1
5. Christakis NA, Fowler JH. Social network sensors for early detection of contagious outbreaks. PLoS One. 2010;5(9):e12948. doi:10.1371/journal.pone.0012948
6. Mateus J, Grifoni A, Tarke A, et al. Selective and cross-reactive SARS-CoV-2 T cell epitopes in unexposed humans. Science. 2020;370(6512):89-94. doi:10.1126/science.abd3871
7. Initial results from ongoing investigation of antibodies to COVID-19 virus. Public Health Agency of Sweden. Published May 20, 2020. Accessed September 30, 2020. https://www.folkhalsomyndigheten.se/nyheter-och-press/nyhetsarkiv/2020/maj/forsta-resultaten-fran-pagaende-undersokning-av-antikroppar-for-covid-19-virus/

8. Stringhini S, Wisniak A, Piumatti G, et al. Seroprevalence of anti-SARS-CoV-2 IgG antibodies in Geneva, Switzerland (SEROCoV-POP): a population-based study. Lancet. 2020;396(10247): 313-319. doi:10.1016/S0140-6736(20) 31304-0
9. Pollán M, Pérez-Gómez B, Pastor-Barriuso R, et al; ENE-COVID Study Group. Prevalence of SARS-CoV-2 in Spain (ENE-COVID): a nationwide, population-based seroepidemiological study. Lancet. 2020;396(10250):535-544. doi:10.1016/S0140-6736(20)31483-5
10. Anand S, Montez-Rath M, Han J, et al. Prevalence of SARS-CoV-2 antibodies in a large nationwide sample of patients on dialysis in the USA: a cross-sectional study. Lancet. Published online September 25, 2020. doi:10.1016/S0140-6736(20)32009-2