感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图

我们的一生

注定要与病毒搏斗

它们数量 庞大

遍布 陆地和海洋

以及我们呼吸的空气

有科学家估测

仅海洋中的病毒颗粒 就超过

100000 00000 00000 00000 00000 000000

即1×10³¹个

(病毒数量依据微生物学家Lita Proctor的估算;下图大量紫色颗粒为中东呼吸综合征冠状病毒,附着在绿色的细胞上,扫描电镜成 像,后期着色,图片源自@NIAID)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(1)

它们行事 狡诈

可以感染一切生物

可以突破种间屏障

在人与动物之间

跨物种传播

(果子狸,SARS冠状病毒的中间宿主,摄影师 @邹滔 )

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它们手段 残忍

可以置人于死地

引发人类社会 高度警惕

甚至 严重的恐慌

(2020年1月27日,为防止新型冠状病毒传播扩散,农村开始封路,拍摄于浙江衢州,摄影师 @拾城 朱骏)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(3)

恐慌的人们

不知道病毒将 如何对待他们

不知道自己的身体

将发生怎样的变化

而本文就将为你揭示

这一切

Round 1

病毒的进攻

病毒 是一种 寄生物

它们没有细胞结构

必须入侵 人类等生物体

借助生物体的细胞进行增殖

因此

入侵

不择手段地入侵

便是病毒唯一的目标

(流感病毒在细胞内完成增殖后,正从细胞表面出芽释放,黄绿色为病毒,透射电镜成像, 图片源自@NIAID)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(4)

它们四处游荡

寻找 你身体的破绽

包括以皮肤和黏膜为主的

五大入侵方向

首先 是你的

皮肤

皮肤覆盖在我们的身体表面

与外界大面积接触

然而皮肤的最外层

却是由死细胞组成的角质层

极难突破

几乎没有病毒

能从 这里入侵

(手掌及脚掌皮肤的表皮结构示意 ,其他部位的皮肤没有透明层, 制图@赵榜/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(5)

但是

当你被蚊虫叮咬 、猫狗抓咬

文身、擦伤、皮肤溃疡

以及用不洁净的针头注射

均会令表皮防线出现漏洞

由蚊虫传播的登革热病毒寨卡病毒

以及由猫狗等动物传播的狂犬病毒

多种病毒

便会趁虚而入

所以

请爱护你的皮肤

切莫自毁长城

(蚊虫叮咬示意 ,制图@郑伯容/星球研究所)

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既然皮肤无法进入

那么同样暴露在外的

眼睛

便成了第二个入侵方向

然而

包裹眼球的眼睑(结膜)

每隔几秒

便会扫过眼球一次

以其分泌物清洗眼球、 清除外来微粒

让病毒很少有机会感染眼睛

但是一些受污染的环境

仍有可能带来危害

例如不洁净的游泳池

或者用沾染病毒的手触摸眼睛

或者空气悬浮物中的病毒接触结膜

本次新冠肺炎中

北大第一医院呼吸内科主任王广发

就被怀疑通过结膜感染

(这也是为什么医护人员需要佩戴护目镜甚至面罩的原因,下图拍摄于湖北黄石市 ,摄影师@何戈)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(7)

接下来的 第三个 入侵方向

泌尿生殖道

也没有那么容易

以女性 阴道 为例

阴道上皮表层细胞不断脱落

不利于病毒附着

且阴道中通常有黏液保护

对人体有益的乳酸菌

也会选择在这里生活

创造出低pH的酸性环境

许多病毒对酸性环境敏感

只能退避三舍

(嗜酸乳杆菌,阴道菌群中的一种,图 片源自@Wikimedia commons)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(8)

突破阴道防线的 是

人类的性行为

性行为时

阴道上皮组织被破坏或磨损

病毒 便获得了侵入内层的机会

臭名昭著的

人类免疫缺陷病毒

(HIV,也称艾滋病毒)

甚至可以不待磨损

直接从上皮细胞中“挤身而过”

片刻欢娱之间

你就中招了

(HIV以人类免疫系统的淋巴细胞为入侵目标,下图黄色球形即淋巴细胞表面的HIV,扫描电镜成像 ,图片源自@VCG)

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第4个入侵方向为

消化道

这里的环境对病毒而言

依然“恶劣”

它们先是在口腔中遭遇

能杀伤很多病毒的唾液

当到达胃部

又会碰到胃酸消化酶

好不容易到达肠道

胆汁 又将它们杀个几乎片甲不留

而且肠道中众多的有益菌群

也增加了病毒攻城掠地的难度

可谓层层设防

(消化道“防线”示意 ,制图@郑伯容/星球研究所)

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能在这种条件下生存下来的病毒

往往得有点特殊技能

可以造成肠胃炎的轮状病毒

拥有三层蛋白质保护壳

从而保护它抵消

消化道“恶劣”环境的影响

尤其是婴幼儿

他们的肠道菌群尚不完善

免疫系统也还未发育成熟

一旦病毒入侵肠道

便极易引发腹泻

(轮状病毒的三层蛋白质外壳 ,制图@赵榜/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(11)

而尴尬的是

对于成年人而言

HIV 也会通过消化道进入

只不过是从“反方向”

这个方向几乎不会遇到阻碍

因为他们选择的是“肛交”

肛交时

直肠的上皮组织很容易被撕裂

HIV就这样“破门而入”

如入无人之境

这正是男同性恋人群

需要警惕艾滋病传播的原因

(人体直肠结构示意 ,制图@郑伯容/星球研究所)

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说完皮肤、眼部、泌尿生殖道和消化道

接下来的第5个入侵方向

则是病毒们最"喜闻乐见"的一个

呼吸道

大量病毒

选择从这里入侵

(呼吸道主要 病毒示意,制图@郑伯容/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(13)

以肺部为例

人类的肺部拥有约3亿个终末肺泡

展开后总面积高达100平方米

吸入的气体就在这100平方米中

充分接触、交换

被病毒入侵的机率

大大增加

(人体肺部结构示意 ,制图@郑伯容/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(14)

但呼吸道也并非毫不设防

其表面覆盖有纤毛

还有一层黏液包裹

一些病毒颗粒被黏液捕获

由纤毛推入咽喉

随即被吞咽

或被咳出

从而失去入侵的机会

(呼吸道上皮组织结构示意 ,制图@郑伯容/星球研究所)

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皮肤、眼部、泌尿生殖道

以及消化道、呼吸道

这便是病毒的5大入侵方向

了解了这些

想必你也已经明白

你的身体已经为病毒

设置了重重防线

只要你注意保护

以及改善个人卫生和生活习惯

还是有很多机会阻止病毒的入侵

你的敌人强大、阴险、狡诈

但是你知彼知己

也就有了御敌之道

(病毒入侵的5大方向 ,制图@郑伯容/星球研究所)

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然而

之前的你

可能并没有意识到这一点

残暴的欢愉终将引来残暴的结局

病毒还是冲进了你的体内

是时候启动

下一个防御系统了

先天免疫系统

来试试吧,禽兽们

Round 2

人类的反击

先天免疫系统

之所以称为“先天”

是因为它是人类历经百万年进化后

为每个人类成员配备的

与生俱来 的防御系统

该系统主要由三支大军构成

当病毒进入人体

受到攻击的细胞 立即发出“警报”

随后

一支警戒部队” 便登场了

干扰素警告系统

干扰素是一种信号蛋白

它产生于受感染细胞的内部

可以抑制该细胞的合成功能

防止被病毒用于自我复制

(下图是被牛痘病毒感染的细胞,蓝色荧光标记的圆形是宿主细胞的细胞核,而细胞核旁边的蓝色区域则是病毒进行复制、装配的“病毒工厂” ,图片源自@VCG)

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另一方面

它也会被输送到细胞外表

向周围的细胞发出预警

“你们很可能被入侵”

“请随时准备关闭合成功能”

“以免被病毒利用”

与此同时

第二支大军

真正的 “攻击部队” 也开始出动

吞噬细胞

顾名思义

即负责“ 吞食”病毒等有害物质 的细胞

(人体主要吞噬细胞示意, 制图@赵榜/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(18)

其中

巨噬细胞

是吞噬细胞家族中的大胃王

它们平时处于

“四处闲逛偶尔进食”的 “静养”状态

但当病毒出现

巨噬细胞便会如触电般 活跃起来

大口吞食入侵者

(巨噬细胞正在吞食细菌 ,仅作示意,扫描电镜成像,图片源自@NIAID)

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如果入侵者数量过多

巨噬细胞还会召唤其他吞噬细胞

前来助阵

中性粒细胞

便是最大的一支生力军

成年人体内的中性粒细胞

总兵力可以 高达 200亿只

(病原体被中性粒细胞的胞外陷阱所捕获,扫描电镜成像 ,图片源自@NIAID)

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除了“预警部队”“攻击部队”

考虑到许多病毒表面缺少“抓手”

不利于吞噬细胞吞食

先天免疫系统又贴心地组建 了

第三支大军

负责补充辅助 的 “助攻部队”

补体系统

补体系统的 补体蛋白 大量出动

粘在入侵者的表面

一番“修饰”后

巨 噬 细胞、中性粒细胞

对病毒狼吞虎咽得 更方便了

(补体的调理作用示意 ,制图@赵榜/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(21)

不过

也不要小瞧这些助攻手

许多时候它们也会直接出手

通过在病毒表面打孔

让病毒裂解

堪称“生撕活剥”

警戒部队攻击部队助攻部队

三支大军 紧密配合

病毒们损失惨重

但是此时的你

也相当不爽

你的神经系统

开始促使体温升高

升高的体温再次加速免疫细胞

向感染区迁移

这种现象便是

发烧

(黑龙江大庆市一发热门诊 ,摄影师@王理达)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(22)

为了 向战斗部位输送援军

你的血管舒张、血流加快

毛细血管充血

导致你的肤色发红

甚至出现红斑

血管的通透性增加

血管中的细胞和体液

更容易向周围组织渗透

从而引发 组织 肿胀

如果是鼻腔肿胀

就会令你感到鼻塞

鼻腔血管中的液体不断渗出

又令你鼻涕大增

激战中死去的细胞

则会变成脓涕

(流涕的症状在人群中十分常见,下图为2018俄罗斯世界杯小组赛,巴西队教练蒂特擤鼻涕被抓拍,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(23)

另一些化学物质

还会刺激神经末梢

造成肌肉疼痛

红、热、肿、痛

以上所有反应被称为

炎症反应

是你的身体对抗入侵者的体现

当你忍受炎症

似乎胜利在望

但是道高一尺,魔高一丈

病毒在斗争中不断 提高技能

与免疫系统对抗

包括

以惊 人的速度复制增殖

天下武功,唯快不破

流感病毒鼻病毒在6-7个小时内

就可以在一个细胞内

复制成千上万的个体

(甲型流感病毒H1N1亚型,曾引发1918年“西班牙流感”,死亡人数超过5000万人,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(24)

腺病毒 更是可以在一个细胞内

制造多达10万个病毒颗粒

是大多数病毒的10-100倍

可谓“基建狂魔”

此时即便先天免疫系统

已经消灭了许多病毒

但是病毒根本不在乎 伤亡

它们是拥有集群优势的狂热分子

(腺病毒,具有二十面体的外形结构,图片源自 @VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(25)

还有些病毒

则以其人之道,还治其人之身

它们找到了干扰“干扰素生产的方法

比如麻疹病毒轮状病毒

(轮状病毒,其外壳表面有大量刺突,图片源自 @VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(26)

总之

这是一场“非人”的入侵

病毒的任何策略

都残忍而合理

幸运的是

正当你手足无措之时

数个“侦察兵”悄然来到了 你身体的军火库

一个隐藏的防御系统

被惊醒了

听!

这是适应性免疫系统的怒吼!

Round 3

决战

先天免疫系统 “广谱性”显著

其工作方法是

“使用相同的武器, 防御不同的病毒”

虽然可以消灭大部分入侵者

但是 对特殊的、罕见的

以及“艺高人胆大”的狠角色

则显得力不从心

适应性免疫系统

则改换策略

“使用不同的武器, 防御不同的病毒”

来一个,打一个

你的肉身

就是这么强大

(两大免疫系统特点示意,制图@郑伯容/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(27)

它由 两支特种部队 组成

但因杀伤力太过强大

稍有不慎便可能伤及自身

造成组织损伤, 甚至危及生命

所以调用这两支部队必须得有凭证

那么,凭证从哪里来呢?

前文提到的 “侦察兵”

就担当了取得凭证的任务

它们由少量巨噬细胞树突细胞等组成

在前线战场“肢解”部分入侵者后

迅速撤出战场

并将入侵者身体的一部分

送达适应性免疫系统

这,就是凭证

(一个吞噬细胞正将病毒蛋白向多个T细胞传递,这个过程被称为“抗原呈递”,中间为吞噬细胞, 图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(28)

拿到凭证的第一特种部队

T细胞

立即对入侵者的残肢展开研究

T细胞因在胸腺(Thymus)中成熟

而以胸腺第一个英文字母命名

在我们的身体中

拥有300亿个这样的T细胞特种兵

它们身怀各异的绝技

针对性击杀某种特异的病毒

(T细胞攻击受感染细胞概念图,灰色为T细胞,图片源自 @NIAID)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(29)

经过比对

最能对付该病毒的那些T细胞被选中

特种兵生产工厂随即开动

以该T细胞为原型

大量生产新的特种兵

杀伤性T细胞

(cytotoxic T lymphocyte,CTL)

杀伤性T细胞出动

逐个扫描感染区的细胞

试图寻找被病毒入侵的细胞

并杀死它们

(3个杀伤性T细胞正在“围攻”中间的癌细胞,蓝色标记的是细胞核,红色标记的是含有杀伤性化学物质的囊泡,如同“死亡之吻”,攻击被病毒感染的细胞同理,图片源自 @NIAID)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(30)

而此时

被病毒入侵的细胞也深明大义

它们在表面放出一种蛋白质

向杀伤性T细胞疾呼

“向我开炮”

于是

杀伤性T细胞将一种酶

注入被入侵的细胞

从而“毒死”后者

或者帮助后者启动“自杀程序”

与细胞内的病毒同归于尽

是为细胞凋亡

(杀伤性T细胞工作原理示意,制图@赵榜/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(31)

紧接着

吞噬细胞将死亡的细胞

连同病毒一起吞下

干干净净、了无痕迹

清除了受感染的细胞

但在细胞外还有大量的病毒颗粒存在

这时候就需要 第二特种部队

B细胞

出场了

它因在骨髓(Bone marrow)中发育成熟

而以骨髓的第一个英文字母命名

在我们的身体中

拥有30亿个B细胞特种兵

同样针对不同的病毒

练就各自不同的本领

(下图粉色的为B细胞,扫描电镜成像,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(32)

当B细胞拿到凭证经过比对

最能有效消灭某种病毒的某些B细胞被选中

特种兵生产工厂再次开动

不过这次工厂克隆出的细胞

不再直接奔向战场

而是把自己变成生产机器

生产出专门针对某种病毒的蛋白质

抗体

(B细胞分化为浆细胞,浆细胞开始大量产生抗体,即图中Y型的小颗粒,概念图,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(33)

抗体可以结合到病毒表面

让病毒失去入侵细胞的能力

也可以帮助补体标记病毒

利于吞噬细胞的吞食

甚至还可以通过胎盘

进入胎儿体内

为脆弱的新生儿提供保护

可见

抗体一出

病毒也就基本走上了绝境

(抗体大量附着在病毒表面,使其失去感染能力,概念图 ,图片源自@VCG )

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(34)

在抗体的作用下

细胞外的病毒颗粒也终于被清除

现在

细胞内外,海晏河清

你的身体也恢复了正常

但是事情并没有结束

一些B细胞与T细胞早就未雨绸缪

它们不再生产抗体及杀伤性T细胞

而是留存下相应的“档案”

是为记忆B细胞记忆T细胞

有了它们

当我们的身体再次遇到同样的病毒

便会立即生产 相应的抗体和杀伤性T细胞

在你几无察觉的感染初期

便将病毒清除

这也正是人们感染某些病毒后

不会再次感染发病的原因

(面对相同的病毒记忆B细胞可以迅速产生大量抗体;下图为概念图,上部为B细胞,下部为病毒,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(35)

至此

想必你也已经清楚

皮肤等物理屏障

先天免疫系统适应性免疫系统

构成了我们人体的三层防御体系

再加上记忆细胞的“存档”

人体每经历一次病毒的进攻

免疫系统就有可能获得一次提升

正所谓

“杀不死我的, 必使我更强大”

正是这样的机制

让人类在百万年来

从绝大多数的病毒进攻中

生存下来

这也正是 人体的强大之处

(人体三层防御系统功能示意,制图@郑伯容/星球研究所)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(36)

但是

这样的系统也存在明显的bug

时间

适应性免疫系统虽然强大

但是一般需要一周甚至更长时间

才能生产出足够的抗体和杀伤性T细胞大军

这给病毒留出了可趁之机

它们往往

在适应免疫系统还没有启动前

便已经完成攻击

我们体内就没有形成相应的记忆细胞

导致病毒可以多次感染同一个人

(T细胞,适应免疫系统的“特种部队”,黄色为血小板,图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(37)

再者

人类向野生动物栖息地的扩张

使之前较少与人类接触的动物

与我们发生联系

新病毒

从这些野生动物身上

不断跳跃到人类

令我们的免疫系统应接不睱

例如

世界上已知最恐怖的病毒之一

致死率超过50%的埃博拉病毒

便可能是从果蝠跳跃到人类的

(赞比亚卡桑卡国家公园中的果蝠 , 图片源自@VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(38)

而广为人知的 HIV

其1型病毒由黑猩猩跳跃到人类

从识别至今不过数十年时间

却已经感染了7500万人

今天

全球每200个人不到

就有一个人携带该病毒

HIV会把自己的基因

整合到人类基因组中

并占有人类的免疫系统

造成该病毒的清除极为困难

( 非洲利比里亚黑猩猩,图片源自 @VCG)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(39)

更为严峻的是

现有的病毒 通过基因突变重组重配

也在不断

进化

加速了病毒在物种之间的跳跃

1997年

人们第一次发现

基因重配后的禽流感病毒H5N1

居然感染了 人类

之后又陆续发现了

H7N7、H9N2、H7N9等诸多亚型

可见进化之繁多

(2005年11月8日禽流感疫情下的一张当天的报纸,拍摄于上海活禽交易市场,摄影师@吕威)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(40)

2002年-2003年

原本感染蝙蝠的冠状病毒

传播给果子狸并发生突变

突变后的病毒造成了 严重的人类疫情

SARS

(2003年4月28日SARS疫情期间,西安公交公司给收回的钱消毒,摄影师@拾城 摄近求远)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(41)

而17年后的今天

这一幕居然又一次上演

新冠病毒 已经造成数万人感染

是现代中国最严重的公共卫生事件之一

(2020年1月25日湖北G50高速黄石出口,防疫人员在测量进城人员体温,摄影师@周巍)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(42)

我们还有什么武器

与病毒对抗呢?

Round 4

下一场战争

从约1000年前的北宋时起

为了预防天花病毒的感染

中国古人将天花患者 的脓液或痂

接种到健康人身上

是为种痘

18世纪90年代

英国医生Edward Jenner

将种痘法予以改进

使用牛的天花病毒接种

是为牛痘

后来的人们终于知道

种痘相当于

利用记忆B细的特性

促使人体产生了 对抗天 花病毒的抗体

疫苗

就此诞生

( 儿童计划免疫接种,拍摄于吉林洮南 ,摄影师 @邱会宁)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(43)

此后

我们利用记忆B细胞的特性

生产出了针对不同病毒的更多疫苗

天花病毒也成为 人类有史以来

彻底消灭的第一种 病毒

这是人类抗击病毒战争的里程碑

其中的关键 就在于

我们对病毒和人体免疫系统的

科学认知

这是人类想要在病毒战争中 取得胜利

所必须依赖的 最强大的武器

(现在我们有了更多技术进行疾病的诊断和治疗,下图是正在进行胸部CT检查的医护人员,拍摄于新疆伊犁 , 摄影师@赖宇宁)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(44)

如今

我们通过了解病毒的入侵方式

以及人体免疫系统的防御原理

在病毒入侵人体的各个环节“设卡”干扰

还研发出了许多抗病毒药物

有的药物成分

可以阻止病毒进入细胞

有的让病毒无法脱去其蛋白质外壳

有的则可以干扰病毒的复制

这正是我们今天

对抗新冠病毒的坚实基础

(2月9日米-171直升机运输抗击疫情的药物和各类物资,从安徽亳州出发只用2.5小时就抵达湖北黄石 , 摄影师@何戈)

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(45)

但是我们也必须看到

直到1901年

我们才发现了第一个人类病毒

黄热病毒

我们对病毒世界了解 还远远不够

我们对自身免疫系统的了解

也远远不够

路还很长

也许我们无法预期

人与病毒的战争多久结束

但是

科学研究将是整个人类必须坚持的方向

也是中华民族想要走得更远更坚实

所必须坚持的方向

“登高极目方知天地之大

置己苍茫乃知寸身之微”

科学 加油!

人类加油!

在下一波病毒来临之前

请让我们更加强大

(制图@郑伯容/星球研究所 )

感染病毒后的168小时,你的体内都发生了什么?插图(46)

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