Odporność zbiorowiskowa i jej implikacje dla kontroli transmisji zakażeń SARS-CoV-2

Pojęcie odporności zbiorowiskowej powstało ponad sto lat temu na bazie obserwacji, że obecność w populacji osób uodpornionych przeciwko danej chorobie zmniejsza prawdopodobieństwo zachorowania na tę chorobę również osób nieuodpornionych. Wynika ona z indywidualnej odporności, którą można uzyskać w wyniku przebycia zakażenia lub zaszczepienia się. W drugiej połowie XX wieku termin ten był w powszechnym użytku wraz z rozwojem programów szczepień ochronnych i potrzebą opisania celów dotyczących zasięgu szczepień, dyskusji na temat eliminacji chorób zakaźnych oraz analiz efektywności kosztowej programów szczepień.

Próg odporności zbiorowiskowej

Próg odporności zbiorowiskowej definiuje się jako odsetek jednostek w populacji, które po nabyciu odporności nie mogą już uczestniczyć w łańcuchu transmisji zakażenia - jest to procentowy udział osób uodpornionych w populacji, po osiągnięciu którego liczba nowych zakażonych zaczyna się zmniejszać. Jeżeli odsetek osób uodpornionych w danej populacji przekroczy ten próg, obecne ogniska zakażeń wygasają i przerwana zostaje transmisja endemiczna zakażenia.

W najprostszym modelu próg odporności zbiorowiskowej jest zależny od podstawowej liczby odtwarzania (basic reproductive number) R0 i jest wyliczany wg wzoru 1 − 1/R0 (p. rycina). Podstawowa liczba odtwarzania R0 to teoretyczna liczba osób, której każdy chory przekazuje zakażenie. Efektywna liczba odtwarzania dotyczy populacji częściowo uodpornionych i odpowiada za dynamiczne zmiany w udziale osobników wrażliwych w populacji, obserwowane podczas epidemii lub po masowych szczepieniach. Wysoce zakaźny patogen, taki jak wirus odry, charakteryzuje się wartością R0 na poziomie 12-18, stąd by nastąpiło zmniejszenie trwałej transmisji zakażenia musi wysoki odsetek populacji być uodporniony. Od początku pandemii COVID-19 badania wskazują, że R0 dla SARS-CoV-2 mieści się w zakresie od 2 do 3. Zakładając brak odporności populacyjnej oraz fakt, że wszystkie osoby są równie podatne i równie zakaźne, można oczekiwać, że przy braku jakichkolwiek interwencji próg odporności zbiorowiskowej dla zakażeń SARS-CoV-2 wyniesie od 50 do 67%.

Opracowała dr n. med. Katarzyna Lewtak, Zakład Medycyny Społecznej i Zdrowia Publicznego WUM, na podstawie:Omer SB, Yildirim I, Forman HP. Herd Immunity and Implications for SARS-CoV-2 Control. JAMA. Published online October 19, 2020. doi:10.1001/jama.2020.20892

Czas trwania ochrony

Zarówno w przypadku odporności nabytej w sposób naturalny, jak i wywołanej szczepieniami, trwałość pamięci immunologicznej jest krytycznym czynnikiem w określaniu ochrony przed zakażeniem na poziomie populacyjnym i utrzymywaniu się odporności zbiorowiskowej. W przypadku odry, ospy wietrznej i różyczki osiągnięto długotrwale utrzymującą się odporność na zakażenie - zarówno na skutek przebycia choroby jak i po szczepieniu ochronnym. W przypadku sezonowych infekcji wywołanych koronawirusami trwała odporność na zakażenie nie była obserwowana lub była bardzo krótkotrwała. W przypadku zakażeń, które wywołują odporność przejściową, przy braku szczepionki, w krótkim czasie zwiększa się liczba osobników podatnych i pojawiają się ponownie ogniska zakażenia. Dzięki skutecznej szczepionce i programowi szczepień odporność populacyjna może być utrzymana (nawet jeśli wymagane są szczepienia okresowe), a ogniska zakażeń mogą być ograniczane tak długo, jak długo w społeczności utrzymuje się wymagany próg odporności zbiorowiskowej.

Rola heterogeniczności

Nominalne progi odporności zbiorowiskowej zakładają losowe mieszanie się osobników w populacji. Codzienność jest jednak bardziej skomplikowana; jednostki w populacji mieszają się w sposób nielosowy, a część z nich cechuje większa liczba interakcji z innymi osobami. Potwierdzone empirycznie modele epidemiologiczne wykazały, że osoby, które mają większą liczbę interakcji/kontaktów, zarażają się w przebiegu epidemii wcześniej. Istnieje jednak duża niepewność co do dokładnego mechanizmu wpływu heterogeniczności na odporność populacyjną w odniesieniu do zakażeń SARS-CoV-2.

Reaktywność krzyżowa limfocytów T

Limfocyty T są ważnymi mediatorami odpowiedzi immunologicznej. Ostatnie doniesienia sugerują, że reakcja krzyżowa z innymi koronawirusami może zapewnić względną ochronę populacji przed COVID-19. Mniej oczywista wydaje się rola limfocytów T w ograniczaniu zdolności do transmisji zakażenia, choć obserwowany jest ich wpływ na zmniejszanie stopnia ciężkości choroby.

Nabywanie odporności zbiorowiskowej w drodze zakażenia (epidemii)

Aby spowolnić rozprzestrzenianie się SARS-CoV-2 zaproponowano podejście oparte na odporności zbiorowiskowej zależnej od zakażenia (tj. pozwalające na zakażenie grup niskiego ryzyka przy jednoczesnej ochronie grup podatnych). Taka strategia jest jednak obarczona dużym ryzykiem. Na przykład, nawet przy niskim wskaźniku śmiertelności z powodu zakażenia, nowy patogen spowoduje zgon wielu osób, ponieważ większość, jeśli nie cała populacja, nie będzie odporna na jego działanie. Izolowanie populacji wysokiego ryzyka nie zapewnia w tym przypadku efektu ochronnego, ponieważ infekcje, które początkowo szerzą się w populacjach o niskim ryzyku zgonu, mogą rozprzestrzeniać się na populacje o wysokiej śmiertelności. Co więcej, jak dotąd nie ma żadnego przykładu udanej, zakrojonej na szeroką skalę, celowej strategii uodpornienia populacji w drodze zakażenia (epidemii). Istnieją tylko nieliczne przypadki, w których pozornie utrzymująca się odporność zbiorowiskowa jest osiągana w drodze zakażenia. Najnowszy i dobrze udokumentowany przykład odnosi się do zakażeń wirusem Zika w Salvador (Brazylia).

Na początku pandemii COVID-19, gdy pod koniec lutego i na początku marca 2020 r. kraje europejskie wprowadziły lockdown, Szwecja nie podjęła takich działań. Jednakże pod koniec marca rząd szwedzki porzucił tę strategię na rzecz aktywnych interwencji - większość uniwersytetów i szkół średnich została zamknięta, wprowadzono ograniczenia w podróżowaniu, zachęcano do pracy w domu i wprowadzono zakazy zgromadzeń dla grup liczących ponad 50 osób. Daleka od osiągnięcia odporności zbiorowiskowej, seroprewalencja w populacji mieszkańców Sztokholmu wynosiła w kwietniu 2020 r. poniżej 8% i była porównywalna z tą odnotowywaną wśród mieszkańców innych miast (np. Genewy czy Barcelony).

Populacja Stanów Zjednoczonych wynosi około 330 milionów. W oparciu o szacunki Światowej Organizacji Zdrowia dot. wskaźnika śmiertelności z powodu infekcji SARS-CoV-2 wynoszącego 0,5%, ok. 198 milionów mieszkańców Stanów Zjednoczonych musiałoby zostać uodpornionych w drodze zakażenia, aby osiągnąć próg odporności zbiorowiskowej (wynoszący ok. 60%). To z kolei doprowadziłoby do kilkuset tysięcy zgonów. Zakładając, że do tej pory zakażonych zostało mniej niż 10% populacji, odporność zbiorowiskowa nabyta w drodze zakażenia nie jest w tym momencie realna. Szczepienia p/SARS-CoV-2 dają nadzieję na osiągnięcie progu odporności populacyjnej.