Конкурс «Био/Мол/Текст»-2022/2023

Эта работа заняла первое место в номинации «Школьная» конкурса «Био/Мол/Текст»-2022/2023.

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Представим главное наглядное пособие этого текста — Виктора. Познакомьтесь: изобретатель-энтузиаст. Научный сотрудник престижной пилтоверской Академии. Уже в 25 лет — соавтор сенсационного открытия. Титулы звучат громко, но близкое знакомство раскрывает две необходимых для понимания ситуации детали. Характер Виктора сформирован детством, проведенном на улицах Зауна, а каждым своим хромым шагом он напоминает окружающим о перенесенной болезни. Но какой именно? (рис. 1).

«Это у вас из детства»

Нижний город не блещет гостеприимством, но мы все же спустимся в его трущобы — чего только не сделаешь ради сбора анамнеза. Здесь на улицах людей окружают грязь и промышленные отходы. Социальное и экономическое неравенство, никаких городских служб и население в полном отчаянии. Город стал мусорным полигоном для процветающего сверху Пилтовера. Так и запишем: «Пациент родился в социально уязвимой среде, не имея доступа к нормальному здравоохранению» (рис. 3).

Эта самая «социально уязвимая среда» послужит для нас местом наблюдения за детством пациента. Дети купаются в грязной воде, пока Виктор — мальчик лет десяти на вид — запускает механический кораблик по ручью. Игрушка движется легко, а вот ее создатель при ходьбе вынужден опираться правой рукой на самодельную трость. Обратите внимание на гифку: обе ноги подвижны, однако походка асимметрична, а движения скованы (рис. 4).

Обычный ребенок давно бы побежал, и Виктор явно не привык ограничивать это желание. Но больная нога тут же подводит его, запнувшись о здоровую. Недуг, испортивший жизнь Виктору, доставляет проблем и нам — ведь для постановки диагноза внешних симптомов маловато. Или нам кое-что уже известно?

В поисках причины: одна нога здесь, другая там

Из-за того, что наш герой пытается двигаться как здоровый ребенок, сходу отметем в сторону врожденные аномалии вроде контрактур или вывихов. В противном случае, в мышечной памяти пациента не отложились бы нормальные паттерны, а значит, и привычка бежать без опоры не сформировалась бы. Временной травмой это тоже быть не может, потому что мы наблюдаем Виктора в сопровождении трости и во взрослом возрасте.

Искушенный читатель возразит: вообще-то в конечностях, помимо костей, еще и нейромышечной ткани навалом! И будет прав. Симптомы Виктора довольно точно указывают на перенесенный вялый паралич (flaccid paralysis). С небольшой ремаркой: «Частичные вялые параличи. Возбудители: все, кому не лень». Как вам список из более чем 15 позиций с вирусными и бактериальными инфекциями, токсинами и аутоиммунными заболеваниями? Есть от чего броситься в холодный пот.

Однако самой досконально изученной, хорошо узнаваемой и, к сожалению, до сих пор насущной причиной вялых параличей является полиомиелит. Еще бы не ему быть досконально изученным после глобальных эпидемий до появления массовой вакцинации . А потому мы воспользуемся им как рабочей гипотезой и попробуем соотнести биографию пациента с известной о полиомиелите информацией.

О механизмах развития полиомиелита и о вакцинации против него на «Биомолекуле» есть отдельный лонгрид [1].

Преступник найден...?

Полиомиелитная инфекция вызывается высокозаразным полиовирусом, одним из энтеровирусов. Жертвами заболевания чаще всего становятся дети до трех-пяти лет, но, если вирусу удается поразить более взрослого человека, то риск тяжелого заболевания возрастает. Здесь нужно сказать, что примерно 70% заразившихся переносят болезнь бессимптомно, активно выделяя при этом вирусные частицы во внешнюю среду. Только в одном случае из 200 вирус достигает нервной системы и начинает разрушать двигательные нейроны, приводя к острому вялому параличу (ОВП). Паралитическое состояние проявляется после продолжительного инкубационного периода длиной до трех недель.

Денервированные мышцы из-за поражения двигательных нейронов (мотонейронов) атрофируются, не реагируют на внешние раздражители и почти не проявляют рефлексов. Если жертва выжила (среди детей смертность достигает 5%, взрослые рискуют всеми 30%), то ей предстоит длительное восстановление нейромышечной ткани — до двух лет [2], [3]. В первые полгода уцелевшие нейроны отращивают более крупную сеть аксонных отростков. Так они компенсируют денервацию осиротевших моторных единиц (МЕ). МЕ — это совокупность всех мышечных волокон и иннервирующего их нейрона. В результате повторной иннервации количество рабочих МЕ уменьшается, а их размеры растут, что приводит к меньшей точности движений и более низкой общей мышечной силе (рис. 5) [3].

Последствия паралича не ограничиваются поражением мышц. От длительности периода восстановления страдают процессы роста и развития детского организма. Остаточный паралич и связанная с ним ограниченная подвижность приводят к деформации конечностей — различию в длине, искривлению, общей атрофии [2]. Полной мобильности достичь пациентам никогда не удастся: они десятилетиями мирятся с последствиями болезни.

Вернемся к Виктору. Пока что клиническая картина вполне совпадает, и выбранная полиогипотеза работает. Тем не менее, остается неясным, может ли вирус выживать и распространяться в темных трущобах Зауна, если, конечно, мы делим с этой вымышленной реальностью одних возбудителей.

О способах передачи полиовируса

Попробуем сравнить эпидемиологические данные о полиомиелите с тем, что уже у нас на руках. С руками, кстати, осторожнее — основным путем передачи вируса является фекально-оральный (существует еще и исключительно пероральный, ведь вирус сохраняется в слизи пару недель, но его эффективность намного ниже [4]). Вирус отлично переживает нахождение во внешней среде, оставаясь заразным в почве от полутора дней до месяца, в сточных водах — до месяца, в проточной воде — до пяти с половиной дней, в фекалиях — несколько недель [5–7]. От последнего случая заражения должно пройти три месяца, прежде чем вирус перестанут находить в водных отходах. Лучшие условия для полио — средняя температура и повышенная влажность. Так, при 4 ^oС он способен до года оставаться вирулентным [6].

Замшелый темный Заун, сочащийся сточными водами, на первый взгляд идеально соответствует теоретической картине. Отчего же современные страны-эндемики по полиомиелиту — Афганистан и Пакистан — обладают совсем непохожими экологическими условиями? На деле, несмотря на выявленные в лабораториях экологические предпочтения вируса, не существует зависимости количества заражений от географических или климатических особенностей местности. Анализ зафиксированных случаев полиомиелитного паралича в США по штатам в годы эпидемий показал, что в разные годы пики заболеваемости могли наблюдаться в любой местности и на любой широте (рис. 6) [8], [9].

Однако те же самые данные показывают, что с плотностью населения и степенью его социального благополучия заболеваемость еще как коррелирует. Неудивительно: сдавленным нищетой людям некогда думать о мытье рук (рис. 7) [10].

Именно в таких местах вирус распространяется охотнее всего. Вирусные частицы передаются при личном контакте, через продукты питания, воду, одежду. Даже мухи способны быть механическими переносчиками, но их роль тает на фоне простого несоблюдения гигиены [7], [8]. Именно социально-экономический фактор является основополагающим в распространении болезни [10], и мы можем уверенно утверждать, что если в мире Аркейна полиовирус существует, то Заун определенно подходящее для него место.

Все тот же общественный фактор влияет и на другое условие распространения инфекций — вакцинацию. Даже в мире, где она известна людям уже более 200 лет, привиться могут далеко не все.

Прибавьте к этому отказ от прививок в силу предрассудков или неосведомленности (а попросту — низкого уровня образования), и получите неблагополучную страну-эндемик по любой инфекции. Или Заун. Несмотря на научные, в том числе химико-биологические, достижения как Нижнего, так и Верхнего городов, их социальное расслоение слишком велико. Мы можем предположить, что пилтоверцы обеспечили своевременный охват вакцинами жителей надземной части города, но какие-то причины (от враждебности заунцев до нежелания лишний раз спускаться в трущобы) мешают проведению вакцинации всего населения.

Контакт между городами максимально ограничен, жители трущоб практически не имеют возможности попасть наверх. Спускающиеся же вниз полицейские-миротворцы и другие сотрудники обязательно носят шлемы с респираторами (рис. 8). Все это обеспечивает карантинный барьер, не дающий инфекциям покидать Заун.

15 возбудителей на сундук мертвеца

Пока наше предположение о том, что в детстве Виктор переболел полиомиелитом, не встретило серьезных противоречий. Однако, как уже упоминалось, полиовирус — лишь одна из множества причин ОВП [11]. Всевозможные возбудители приводят к развитию внешне почти неотличимых диагнозов, дифференциальная диагностика которых подчас бывает жизненно важна для пациента. Поэтому и мы сравним клинические проявления самых встречающихся заболеваний с симптомами Виктора.

Первое место, безусловно, занимает синдром Гийена—Барре (СГБ). В развитых странах, где полиомиелит практически побежден, именно на это заболевание приходится львиная доля случаев вялого паралича [12]. Сам паралич случается из-за аутоиммунного ответа на перенесенную за пару недель до него инфекцию. К примеру, Campylobacter jejuni, будучи невзрачным возбудителем диареи, в более чем 25% (то есть в большей части) случаев ассоциируется с последующим появлением симптоматики СГБ: слабость, боль и отсутствие сухожильных рефлексов [13], [14].

К параличу при СГБ, в отличие от полиомиелита, приводит не разрушение моторных нейронов, а демиелинизация периферических нервов [12]. В результате этого процесса слабеют, теряют чувствительность и испытывают парестезии (нарушения восприятия) сначала ноги, а потом и все тело — обычно паралич симметричен. Примерно в 30% случаев поражаются черепные нервы, и тогда паралич проходит по бульбарной схеме, схожей с соответствующей формой полиомиелита. Однако все варианты поражения при синдроме Гийена—Барре, не в пример своему симптоматическому тезке, быстрее протекают и, что важнее всего, благополучно затухают при надлежащей терапии внутривенными иммуноглобулинами [15]. Несмотря на 5-процентную смертность из-за острой дыхательной недостаточности, при должном внимании к пациентам прогноз одинаково оптимистичен как среди детей, так и для взрослых: в среднем спустя полгода-год двигательные функции восстанавливаются [15]. В более тяжелых случаях жертвы СГБ страдают от резидуальной слабости определенных мышц с повышенной утомляемостью и остаточными нарушениями восприятия [12]. К тому же, при данном синдроме нет корреляции возраста с неблагополучным исходом, только с шансом заболеть (дети почти не страдают). При полиомиелите, как известно, от возраста напрямую зависит тяжесть течения болезни.

Среди прочих заболеваний, в которых инфекция является косвенной причиной вялого паралича — поперечный миелит. Предшествующие возбудители инфекции многочисленны: от самых разных вирусов до бактерий [16], бывают и идиопатические случаи. Как и при любом другом миелите, в этом случае происходит воспаление оболочек спинного мозга. Важной закономерностью является то, что чем ближе к голове располагается пораженная область, тем выше степень тяжести нарушений и долгосрочных последствий для пациента [17]. Развивается парез быстро, иногда менее, чем за сутки (что является предвестником более тяжелого исхода), и проявляет себя болью в спине, онемением, гиперрефлексией и парестезиями конечностей снизу вверх [17]. Независимо от того, на уровне какого позвонка проявились нарушения, слабость всегда полная, двусторонняя, захватывающая все мышцы ниже. Эта деталь заметно отличает поперечный миелит от полиомиелита, при котором поражаются только определенные группы мышц в зависимости от формы. Поэтому же при поперечном миелите не наблюдается и деформации скелета. Полного восстановления добивается примерно треть пациентов; оставшиеся 66% случаев требуют реабилитации из-за сохраняющейся слабости [18].

Помимо симптоматического анализа, для диагностики вялых параличей играет важную роль лабораторная диагностика (табл. 1) — ведь, например, при поперечном миелите от времени начала кортикостероидной терапии зависит способность пациента восстановиться [17]. Чаще всего исследуется спинномозговая жидкость: плеоцитоз в ликворе отличает СГБ и поперечный миелит от паралитического полиомиелита.

Итак, полиогипотеза выдержала столкновение с другими, наиболее часто встречающимися диагнозами, исключая область лабораторных исследований, которые мы провести не можем .

Разумеется, в реальной жизни при постановке диагноза врачи должны учитывать все возможные варианты. Подробно о дифференциальной диагностике полиомиелита можно узнать из соответствующих клинических рекомендаций. — Прим. ред.

Зато, благодаря тому, что сериал охватывает большой отрезок времени, у нас есть возможность взглянуть на клинику болезни в динамике. Подтвердится ли и здесь наше предположение?

Время не лечит

Если мальчик и взрослый 25-летний Виктор обходятся тростью, то Виктор, которому за 30, страдает от своего недуга куда сильнее. Посмотрите: костыль в левой руке и странный каркас на пораженной ноге, а под одеждой, как выяснится дальше, вживленный в тело корсет. Что могло случиться за такой непродолжительный срок?

Полиомиелит не оставляет человека до конца жизни. После длительного периода нейромышечной стабильности (от 15 до 40 и более лет) у большого числа выживших развивается постполиомиелитный синдром (ППС). По разным оценкам, у 15–80% пациентов снова нарастает слабость, боль в мышцах и суставах (чаще — в связи с физической нагрузкой), непереносимость холода и общая утомляемость, реже возникают респираторные проблемы или развивается настоящая атрофия мышц [2], [19], [20].

Причин ППС может быть несколько. Наиболее доказанная заключается в повторной денервации моторных единиц, и не только тех, которые пострадали изначально, но и пораженных исключительно субклинически [21], [22]. Среди других причин выделяют присутствие РНК вируса в спинномозговой жидкости, постоянный воспалительный процесс, перегрузку или недостаточную нагрузку конечности [23]. Факторы риска тоже остаются предметом дебатов [24–26]. Как бы то ни было, главный маркер ППС — временной промежуток от года и более, в который наблюдаются характерные симптомы. Конечно, здесь не обошлось без художественного преувеличения. ППС развивается у людей старше 40–50 лет [24], в то время как Виктору всего лишь 30.

Возраст, конечно, не повод отказать в лечении. Для поддержки ослабленной конечности как полио-, так и постполио-пациентам рекомендуются ортезы. Виктор использует их разновидность, причем — надо отдать должное художникам — реалистично проработанную (рис. 10). Ортез призван не дать ноге искривиться и увеличить мобильность пациента [2], [27], [28], снимая перегрузку мышц [29], [30], как это происходит при ППС. Но из-за тяжеловесности конструкции и полной фиксации нужного сустава походка не становится физиологичней, несмотря на остальные очевидные достоинства такой поддержки.

Арсенал конструкций, применяемых медиками против последствий полиомиелита, не ограничивается ортезами. Спинальный паралич оставляет детям сколиозы, с которыми внешние корсеты не в состоянии справиться. А вот системы спондилодеза — металлических штырей и винтов, соединяющих позвонки изнутри — справляются [36]. Могли ли такие конструкции послужить вдохновением для художника, рисовавшего корсет на спине Виктора? Вполне возможно (рис. 11) [37].

Post post scriptum

Эпидемии полиомиелита оставили после себя настолько разрушительный отпечаток на сознании и культуре людей двадцатого века, что его следы мы наблюдаем до сих пор. Даже в фантастическом мире нашелся персонаж, чья история вдохновлена историей мира реального — и вдохновила нас вместе с читателем узнать больше об этой страшной и не до конца побежденной болезни.

Литература

1. Полиомиелит: убийца из XX века;
2. Adnan A. Faraj. (2006). Poliomyelitis: Orthopaedic management. Current Orthopaedics. 20, 41-46;
3. Bickerstaffe A. Pathophysiology of muscular changes in post-polio syndrome and consequences for physical mobility: thesis. Netherlands, University of Amsterdam, 2016. — 163 p.;
4. Radboud J. Duintjer Tebbens, Mark A. Pallansch, Konstantin M. Chumakov, Neal A. Halsey, Tapani Hovi, et. al.. (2013). Expert Review on Poliovirus Immunity and Transmission. Risk Analysis. 33, 544-605;
5. N. Nathanson, O. M. Kew. (2010). From Emergence to Eradication: The Epidemiology of Poliomyelitis Deconstructed. American Journal of Epidemiology. 172, 1213-1229;
6. Sobsey M.D., Meschke J.S. Virus survival in the environment with special attention to survival in sewage droplets and other environmental media of fecal or respiratory origin. USA, University of North Carolina, 2008.;
7. W. R. Dowdle, M. E. Birmingham. (1997). The Biologic Principles of Poliovirus Eradication. Journal of Infectious Diseases. 175, S286-S292;
8. Barry Trevelyan, Matthew Smallman-Raynor, Andrew D. Cliff. (2005). The Spatial Dynamics of Poliomyelitis in the United States: From Epidemic Emergence to Vaccine-Induced Retreat, 1910–1971. Annals of the Association of American Geographers. 95, 269-293;
9. Serfling R., Sherman I. (1953). Poliomyelitis distribution in the United States. Public health reports. 68, 453–466;
10. Andrew Francis Trevett, Richard C. Carter, Sean F. Tyrrel. (2005). The importance of domestic water quality management in the context of faecal–oral disease transmission. Journal of Water and Health. 3, 259-270;
11. A. Marx, J. D. Glass, R. W. Sutter. (2000). Differential Diagnosis of Acute Flaccid Paralysis and its Role in Poliomyelitis Surveillance. Epidemiologic Reviews. 22, 298-316;
12. Pieter A van Doorn, Liselotte Ruts, Bart C Jacobs. (2008). Clinical features, pathogenesis, and treatment of Guillain-Barré syndrome. The Lancet Neurology. 7, 939-950;
13. B. Mishu, M. J. Blaser. (1993). Role of Infection Due to Campylobacter jejuni in the Initiation of Guillain-Barre Syndrome. Clinical Infectious Diseases. 17, 104-108;
14. Satoshi Kuwabara. (2004). Guillain-Barr?? Syndrome. Drugs. 64, 597-610;
15. Sonja E. Leonhard, Melissa R. Mandarakas, Francisco A. A. Gondim, Kathleen Bateman, Maria L. B. Ferreira, et. al.. (2019). Diagnosis and management of Guillain–Barré syndrome in ten steps. Nat Rev Neurol. 15, 671-683;
16. Transverse Myelitis Consortium Working Group*. (2002). Proposed diagnostic criteria and nosology of acute transverse myelitis. Neurology. 59, 499-505;
17. Shin C. Beh, Benjamin M. Greenberg, Teresa Frohman, Elliot M. Frohman. (2013). Transverse Myelitis. Neurologic Clinics. 31, 79-138;
18. Cristina L. Sadowsky, Daniel Becker, Glendaliz Bosques, Janet M. Dean, John W. McDonald, et. al.. (2011). Rehabilitation in Transverse Myelitis. CONTINUUM: Lifelong Learning in Neurology. 17, 816-830;
19. Marinos C. Dalakas, Gregory Elder, Mark Hallett, John Ravits, Michael Baker, et. al.. (1986). A Long-Term Follow-up Study of Patients with Post-Poliomyelitis Neuromuscular Symptoms. N Engl J Med. 314, 959-963;
20. Stacey Li Hi Shing, Rangariroyashe H. Chipika, Eoin Finegan, Deirdre Murray, Orla Hardiman, Peter Bede. (2019). Post-polio Syndrome: More Than Just a Lower Motor Neuron Disease. Front. Neurol.. 10;
21. Daria A. Trojan, Neil R. Cashman. (2005). Post-poliomyelitis syndrome. Muscle Nerve. 31, 6-19;
22. Frontera W. R., Silver J. K., Rizzo T. D. (2018). Essentials of physical medicine and rehabilitation e-book. USA, Elsevier Health Sciences, 2018. — 1024 p.;
23. Henrik Gonzalez, Tomas Olsson, Kristian Borg. (2010). Management of postpolio syndrome. The Lancet Neurology. 9, 634-642;
24. M.P. Sáinz, R. Pelayo, S. Laxe, B. Castaño, E. Capdevilla, E. Portell. (2022). Describiendo el síndrome pospolio. Neurología. 37, 346-354;
25. Paolo Ragonese, Brigida Fierro, Giuseppe Salemi, Giovanna Randisi, Daniela Buffa, et. al.. (2005). Prevalence and risk factors of post-polio syndrome in a cohort of polio survivors. Journal of the Neurological Sciences. 236, 31-35;
26. Ulla-Britt Flansbjer, Christina Brogårdh, Vibeke Horstmann, Jan Lexell. (2015). Men With Late Effects of Polio Decline More Than Women in Lower Limb Muscle Strength: A 4-Year Longitudinal Study. PM&R. 7, 1127-1136;
27. K Hachisuka, K Makino, F Wada, S Saeki, N Yoshimoto. (2007). Oxygen consumption, oxygen cost and physiological cost index in polio survivors: A comparison of walking without orthosis, with an ordinary or a carbon-fibre reinforced plastic knee-ankle-foot orthosis. Acta Derm Venereol. 39, 646-650;
28. D AIELLO. (2004). Gait, Orthoses, Footwear, and Assistive Devices. Postpolio Syndrome. 219-238;
29. Julian K. Lo, Lawrence R. Robinson. (2018). Post-polio syndrome and the late effects of poliomyelitis: Part 2. treatment, management, and prognosis. Muscle Nerve. 58, 760-769;
30. Jasmine C. Menant, Simon C. Gandevia. (2018). Poliomyelitis. Handbook of Clinical Neurology. 337-344;
31. Donald A Neumann. (1998). Hip Abductor Muscle Activity as Subjects With Hip Prostheses Walk With Different Methods of Using a Cane. Physical Therapy. 78, 490-501;
32. R A Hasbiandra, A B M Tulaar, I N Murdana, G Wangge. (2018). Effect of contralateral and ipsilateral cane usage on gait symmetry in patients with knee osteoarthritis. J. Phys.: Conf. Ser.. 1073, 062046;
33. Bih-Jen Hsue, Fong-Chin Su. (2010). The effect of cane use method on center of mass displacement during stair ascent. Gait & Posture. 32, 530-535;
34. Bennett G. Edwards. (1986). Contralateral and ipsilateral cane usage by patients with total knee or hip replacement. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 67, 734-740;
35. Grace N.Y. Chan, Andrew W. Smith, Chris Kirtley, William W.N. Tsang. (2005). Changes in knee moments with contralateral versus ipsilateral cane usage in females with knee osteoarthritis. Clinical Biomechanics. 20, 396-404;
36. Avinash Lalith Mohan, Kaushik Das. (2003). History of surgery for the correction of spinal deformity. FOC. 14, 1-5;
37. Toru Maruyama, Katsushi Takeshita. (2008). Surgical treatment of scoliosis: a review of techniques currently applied. Scoliosis. 3.