Grundskoleprojekt om COVID-19

COVID-19s oprindelse

COVID-19, som i daglig tale kaldes ”Coronavirus”, står for ”Corona Virus Disease”, og ”-19” fordi det netop var i december 2019 man begyndte at se smittetilfælde med den nye coronavirus.

Det var i Wuhan-regionen i Kina, man for første gang så tilfælde af mennesker, med en uforklarlig, slem luftvejsinfektion, som senere viste sig at være forårsaget af en ny coronavirus. Herfra udviklede mængden af smittetilfælde med coronavirus sig hurtigt. Faktisk så hurtigt, at den allerede efter 1 måned havde spredt sig til 18 forskellige lande, og efter 2 måneder (marts 2020) havde spredt sig til 114 forskellige lande, med over 100.000 smittede, og i alt 4.000 døde. Det var netop på grund af denne hurtige spredning til lande over hele verden, at COVID-19 epidemien opnåede status som pandemi af WHO, allerede 2 måneder efter, den først blev opdaget.

Noget som de færreste ved er, at begrebet ”Coronavirus” dækker over en hel familie af vira, som forårsager luftvejsinfektion hos mennesker. Denne store familie, som hedder ”Coronaviridae” på latin, er lettest genkendt på deres karakteristiske arvemateriale og deres meget smitsomme adfærd både hos mennesker og dyr. Den nye coronavirus, som forårsager sygdommen COVID-19, har siden fået navnet ”SARS-CoV-2”.

COVID-19 gennem et mikroskop

Navnet “Coronavirus” kommer fra det latinske ord ”corona” som betyder krone. Dette er ikke så underligt, for hvis man kigger på coronaviruspartikler gennem et mikroskop, ligner de faktisk små kroner med små nåle stikkende ud fra overfladen. Disse små nåle-lignende strukturer er forskellige proteiner, og det er netop disse, som viruspartiklen bruger til at genkende cellerne og til at binde sig fast på overfladen af cellerne med. Vi ved, at der findes to forskellige slags ”nåle-proteiner” jævnt fordelt på overfladen af coronaviruspartikler, nemlig S-proteiner og HE-proteiner. Disse proteiner sidder fast på det yderste lipid-lag på viruspartiklen. S’et i S-proteinerne står for ”spike”. S-proteiner er store proteiner, der bestemmer, hvilke celler viruspartiklen kan genkende. Det er også dem, der hjælper med at fastsætte viruspartiklen til overfladen af kroppens celler. Dette protein genkender nemlig nogle andre proteiner, kaldet ACE-2 receptorer, som sidder på overfladen af de fleste af kroppens celler. Hos mennesker bruges ACE-2 receptorerne til at sænke blodtrykket, og findes normalt på overfladen af cellerne i lungerne, tarmene, nyren og hjertet.

Når et S-protein finder en ACE-2 receptor, vil viruspartiklen genkende receptoren, og binde sig fast til den. I lungerne er der rigtig mange af disse receptorer, og det er netop derfor, at COVID-19 blandt andet rammer lungerne hårdt. Når virus-partiklen herefter gerne vil ind i cellen, får den hjælp fra de andre nåle-proteiner, som den har siddende på overfladen, nemlig HE-proteinerne. Disse er mindre end S-proteinerne, men er meget vigtige for at viruspartiklen kan blive optaget i cellen, så den kan danne nye viruspartikler, og fortsætte med at inficere nye celler.

Figur 1. Strukturen af en Coronavirus-partikel. 

Coronasmitte skridt for skridt

Figur 2. Coronavirus’ vej igennem kroppen. Først optages coronavirus-partiklen i kroppen. Derefter går den på jagt efter celler, den kan inficere, for at kunne danne flere viruspartikler. Når en coronavirus-partikel møder en ACE-2 receptor, som sidder på overfladen af mange af kroppens celler, vil den binde sig fast til den. Herefter starter nogle processer, der gør, at viruspartiklen til sidst bliver optaget i cellen. Når viruspartiklen er inde i cellen, frigiver den sit arvemateriale, som den bruger til at snyde cellen til at producere nye, identiske viruspartikler. Efter der er produceret nye viruspartikler, vil disse blive transporteret ud af cellen igen, hvor de hver især vil være klar til at inficere nye celler. 

Coronavirus er blandt andet kendt for sin meget hurtige smittespredning. Forskere mener, at de første mennesker blev smittet med coronavirus gennem direkte kontant med et dyr. Forskning viser, at COVID-19 formentlig stammer fra flagermus. Dette er ikke så underligt, siden katte, flagermus, mennesker og skældyr er kendt for at være typiske værter for coronavirus.

Ligesom andre influenza-lignende sygdomme, formodes COVID-19 at smitte gennem ”respiratoriske” dråber – altså små partikler fra et nys eller et host, som coronaviruspartikler kan sidde fast på. Desuden kan coronaviruspartikler også sidde på døde hudceller. De døde hudceller kan vi efterlade på alt, vi rører ved. Derfor, når disse dråber eller døde hudceller med coronaviruspartikler kommer ind i vores krop, er vi i risiko for at blive syge. Men vi bliver jo ikke syge lige med det samme. Viruspartiklerne er nemlig ikke farlige, med mindre de finder en værtscelle, som de kan inficere. Uheldigvis for os mennesker, har vi masser af celler til rådighed, som en coronaviruspartikel kan inficere. Lige så snart coronavirus-partikler er inde i vores krop, går partiklerne målrettet på jagt efter værtsceller, som de kan inficere og bruge til at producere flere viruspartikler.

Når en coronaviruspartikel genkender en ACE-2 receptor, låser den sig fast til den. Herefter starter en række af processer, som hjælper viruspartiklen med at blive optaget i cellen. Når først vira er inde i cellen, frigiver viruspartiklen sit eget arvemateriale. Dette bruger den til at snyde cellen til at producere alle de dele, der skal bruges til at samle nye viruspartikler. Når hundredevis af nye virus-bestanddele er produceret, bliver de transporteret til et nyt sted i cellen. Her snyder virussen cellen til at samle de nye viruspartikler. Efter de nye viruspartikler er samlet, vil disse blive transporteret ud af cellen, hvor de vil være klar til at inficere nye celler og fortsætte cyklussen. Denne proces er også illustreret i figur 2.

Inkubationstiden for COVID-19 er i gennemsnit omkring 6 dage. Dette betyder, at der i gennemsnit vil gå omkring 6 dage fra man først får COVID-19 partiklerne ind i kroppen, til man begynder at udvise symptomer. Eller sagt på en anden måde: Der vil i gennemsnit gå omkring 6 dage før man har nok viruspartikler i kroppen til, at immunforsvaret kan begynde at bekæmpe virussen. I mere sjældne tilfælde kan der dog gå helt op til tre uger, før symptomerne begynder at vise sig. Faktisk er der nogen der aldrig vil begynde at udvise symptomer, selvom de er smittede.

Smittespredning i samfundet

Smitsomme sygdomme har altid plaget menneskeheden. I 2020 hedder fjenden SARS-CoV-2 – i daglig tale ’coronavirus’. SARS-CoV-2 er den virus, der giver sygdommen COVID-19.

COVID-19 er en ny sygdom for menneskekroppen. Det betyder, at vores immunsystem ikke kender sygdommen, og at rigtig mange kan blive syge, fordi ingen i forvejen er immune. Heldigvis opfører sygdommen sig som andre sygdomme, vi kender. Derfor kan vi forudsige, hvordan sygdommen kommer til at udvikle sig i samfundet. Vi kan også undersøge, hvordan tiltag kan mindske antallet af smittede.

De fleste har set figuren her før:

Figur 3. Den orange graf viser, hvad der vil ske, hvis vi ikke gør noget ved en befolkning, der har smitte med SARS-CoV-2. Den grønne kurve viser, hvad der vil ske, hvis vi passer ordentligt på hinanden.

Kilde: Statens Serum Institut, https://www.ssi.dk/aktuelt/sygdomsudbrud/coronavirus

Men hvor kommer graferne egentligt fra? Og hvordan sikrer vi os, at vi ender i den grønne graf, og ikke den orange graf? I dette afsnit undersøger vi sammen, hvordan COVID-19 opfører sig.

Smitten spredes

Forestil dig, at du lever på en ø. Alle på øen er sunde og raske. Der kommer én færge om ugen, og den ugentlige færge er netop ankommet. Undervejs til øen har en af færgens passagerer fået det dårligt, og bliver straks ved ankomst tjekket for COVID-19. Han testes desværre positiv for sygdommen.

Din opgave er nu at undersøge, hvordan sygdommen vil sprede sig på øen.

Statens Serum Institut vurderer, at reproduktionstallet (R0) for COVID-19 i Danmark er 2.1 (estimat fra 23. marts 2020, https://www.ssi.dk/aktuelt/nyheder/2020/aktuelle-smittetryk-i-danmark-i-forhold-til-covid-19)), og vi går ud fra, at reproduktionstallet for COVID-19 på øen også er 2.1.

Du ved som sagt, at reproduktionstallet for COVID-19 er 2.1, og det betyder altså, at hver person i gennemsnit smitter 2.1 personer før han/hun er rask igen. På grafen herunder ser vi, hvordan sygdommen spreder sig på øen. Manden, der bragte sygdommen til øen, kalder vi ’Patient zero’.

For lethedens skyld har vi herunder sagt, at R0 er 2. Alle de røde mennesker er smittede personer, og de røde streger viser smittespredningen.

Figur 4. Smitten spreder sig fra patient zero til resten af befolkningen. Røde personer er smittede.

Det er altså tydeligt, at én smittet person hurtigt kan føre til rigtig mange smittede personer.

Nu vil vi gerne undersøge, hvor lang tid der går, før der er 100 smittede på øen. Vi siger, at en person smitter R0 (altså 2.1) personer dagen efter, vedkommende selv er blevet smittet. I dette tankeeksperiment kan man altså kun smitte i én dag. Det er ikke sådan, det foregår i virkeligheden, hvor man kan smitte i flere dage.

Antagelsen om, at man kun smitter én dag, er god, når man skal udregne antallet af nye smittede over en periode.

For at udregne, hvor mange nye smittede der er pr. dag, kan vi bruge nedenstående skema. Her undersøger vi antallet af nye smittede når R0=2. Vi regner også det totale antal af smittede og ignorerer for en stund, at personer bliver raske.

Figur 5. Grafen viser antal nye smittede pr. dag for en sygdom med reproduktionstallet 2. 

I starten går smittespredningen langsomt, men pludselig begynder der at være rigtigt mange nye smittede. Denne form for udvikling kaldes eksponentiel udvikling, og den ses ofte i matematik, f.eks. når man skal regne på renter i en bank.

Prøv selv kræfter med beregninger af antallet af smittede på øen i opgaven ”Regn på reproduktionstallet”.

Hvis reproduktionstallet er lavere end 1, hvad vil der så ske? Vi undersøger det på samme måde som ovenfor. Denne gang undersøger vi hvad der sker, når vi starter med 8 smittede og har et reproduktionstal på 0.5.

Hver person smitter kun en halv person i gennemsnit. Det er det samme som, at hver anden person giver smitten videre til 1 person, og hver anden person ikke giver smitten videre. Sygdommen spreder sig ikke mere – tværtimod! Med et reproduktionstal under 1, vil antallet af smittede falde, og til sidst vil sygdommen helt være forsvundet.

Herunder kan du se nogle grafer for forskellige værdier af R0.

Figur 7. Grafen viser antal nye smittede pr. dag for sygdomme med reproduktionstallene 2, 4 og 14. 

Raske smittebærere

Man kan faktisk godt være smittet med COVID-19 uden at vise symptomer. Det vil altså sige, at man kan smitte andre og samtidigt have det helt fint selv. Det kaldes at være ’rask smittebærer’. Det er specielt unge mennesker, som er raske smittebærere i Danmark. Børn og unge oplever ofte mildere eller slet ingen symptomer. En rask smittebærer smitter det samme antal som en syg smittebærer – måske endda flere, fordi de ikke er opmærksomme på, at de er syge!

Figur 6. Når reproduktionstallet er mindre end 1, vil antallet af nye smittede falde. 

Allerede på dag 2 overskrider den gule graf med R0=14 de 100 nye smittede pr. dag. Selvom det ser helt vildt ud, er et reproduktionstal på 14 faktisk ikke utænkeligt. For eksempel har mæslinger et reproduktionstal på omkring 14.

Hvordan kan det så være, at vi ikke alle sammen er syge med mæslinger? Svaret på det spørgsmål er meget simpelt: Vi vaccinerer børn imod mæslinger, når de er 15 måneder gamle. Du kan læse mere om, hvad en vaccine egentligt gør i afsnittet: ”Men hvad kan jeg gøre?”.

Vacciner skal udvikles specifikt til den enkelte sygdom, og fordi COVID-19 først lige er opdaget, vil der gå et stykke tid før en vaccine er klar. Når man vaccinerer, øger man immuniteten i samfundet. At være immun betyder, at ens krop med det samme bekæmper sygdommen, så man ikke bliver syg eller smitter.

Ikke alle kan tåle at blive vaccineret. Heldigvis er det ikke nødvendigt, at alle er vaccinerede for at udrydde en sygdom. De vaccinerede kan nemlig beskytte de ikke-vaccinerede. Dette kaldes flokimmunitet.

Flokimmunitet

Når en stor del af en befolkning er immune overfor en sygdom, vil spredningen af sygdommen stoppe. Vi kan illustrere det vha. figuren her:

Figur 8. Immune personer i en befolkning stopper smittekæden. 

De røde mennesker er smittede personer. Alle de grønne mennesker er personer, der er immune, enten fordi de har haft sygdommen før, eller fordi de er vaccinerede. De modtagelige mennesker, tegnet med sort, er personer, der endnu ikke er smittede eller immune. Vi kan se, at smittekæden stopper hver gang smitten rammer et grønt menneske. Jo flere grønne mennesker, jo mindre smittespredning. Det vil altså sige, at der er mennesker, der ikke bliver smittet, fordi der er et grønt menneske foran dem. De mennesker, der ikke bliver smittet (i sort), er beskyttet af den del af flokken, der er immun. Dette kalder vi flokimmunitet.

Man kan se immunitet som en mur. Jo flere immune der er, jo højere er muren, og jo sværere er det for fjenden at komme over muren og ind til de svage, der ikke er immune. Er muren høj nok (når der er rigtig mange immune), vil fjenden (COVID-19) slet ikke kunne komme over muren, og alle vil være beskyttede.

Præcis hvor høj muren skal være for, at de svage bag muren er beskyttede, kan vi faktisk udregne. Det er nemlig givet ved et tal, som vi kalder HIT. HIT står for “herd immunity threshold”. Oversat til dansk betyder det “flokimmunitets grænseværdien”. HIT er et tal mellem 0 og 1, og tallet siger noget om, hvor mange procent af befolkningen, der skal være immune for, at samfundet er beskyttet. Husk, at tal mellem 0 og 1 svarer til tal mellem 0% og 100%.

Det er overraskende nemt at finde HIT – det er nemlig kun afhængigt af reproduktionstallet, som vi jo allerede kender til. Formlen for HIT er

HIT = 1 – (1 / R0)

Hvis vi indsætter R0 for COVID-19 får vi

HIT = 1 – (1 / 2.1) = 0.524

Vi husker at 0.524 er det samme som 52.4 %. Det betyder, at lidt over halvdelen af befolkningen skal være immune overfor COVID-19, for at samfundet er beskyttet mod sygdommen.

Det er vigtigt, at vi forstår, at der altid er en risiko for at blive smittet – også selvom der er mange immune i befolkningen. HIT-tallet beskriver nemlig den procentdel, der skal være immune, for at reproduktionstallet i praksis bliver 1, dvs. at hver smittet person kun smitter én anden.

Når procentdelen, der er immune i en befolkningsgruppe, er højere end HIT-tallet, vil hver smittet person altså i gennemsnit smitte færre end én rask person. På et tidspunkt vil sygdommen altså forsvinde. I den tid der går fra HIT nås, til sygdommen er udryddet, kan man dog stadig blive smittet, hvis man ikke er immun.

Nu undersøger vi, hvordan virussmitte kan sprede sig, når der er immune individer. I det første tilfælde er 10% immune, og reproduktionstallet er 2.

På figuren nedenunder ser vi mennesker i forskellige farver. De røde mennesker er smittede personer, de grøne mennesker er immune personer. De sorte er raske, modtagelige personer.

Figur 9. Procentdel immune: 10%, R0 = 2. Røde personer er smittede, grønne personer er immune og sorte personer er raske. 

Smittekæden stopper, hver gang en immun person rammes. Rammes en rask person vil vedkommende blive smittet, og kan herefter smitte andre. Med 10% immune og et reproduktionstal på 2 kan vi altså se, at der stadig ret hurtigt bliver mange smittede.

Når smittetallet bliver meget højt, er det svært at finde ud af, hvem, der har smittet hvem. Derfor taler man meget om at opspore smittede, når der endnu ikke er mange syge. Hvis man ved, hvem der er syge, kan man f.eks. isolere dem, og på den måde kan de ikke smitte andre. Du kan læse mere om karantæne og andre forholdsregler i afsnittet: ”Hvad kan du gøre?”.

Herunder ses et scenarie, der skal ligne den situation vi får med COVID-19, når vi rammer HIT-tallet i Danmark. Situationen viser at reproduktionstallet er 2, og 50% af befolkningen er immune. Hvad sker der egentligt?

Figur 10. Procentdel immune: 50%, R0 = 2. Røde personer er smittede, grønne personer er immune og sorte personer er raske. 

Når 50% af befolkningen er immune, vil antallet af smittede være nogenlunde stabilt! Det vil det være, fordi hver smittede har lige stor chance for at ’ramme’ en rask som en immun. Det er ligesom at kaste en mønt op i luften: Nogle gange får man plat og nogle gange krone. Kaster man mønten mange gange, vil man se, at mønten halvdelen af gangene vil lande på plat og halvdelen af gangene på krone. Altså 50% krone, 50% plat. For vores situation med COVID-19 betyder det, at en smittet vil smitte en ikke-immun 50% af gangene. 50% af 2 er 1, og derfor vil en smittet person altså i gennemsnit smitte én anden – smitten er ikke længere eksponentiel, men i stedet en pæn, lineær vækst. Så snart der er mere end 50% af befolkningen, der er immune, vil antallet af smittede faktisk begynde at dale. Til sidst vil smitte med SARS-CoV-2 være helt forsvundet.

Prøv selv kræfter med forskellige reproduktionstal og grader af immunitet i opgaven ”Regn på HIT”.

Hvad kan jeg gøre?

Vi vender tilbage til øen og kurven fra øverst i teksten. Den røde kurve viser et samfund, hvor en sygdom spreder sig meget hurtigt. Den grønne viser en sygdom, der spreder sig langsommere. En meget smitsom sygdom bevæger sig hurtigere gennem samfundet, og derfor kommer immuniteten hurtigt over HIT-tallet – til gengæld vil mange mennesker være syge samtidigt, og det er vigtigt at undgå, hvis der skal være plads til alle syge på hospitalerne. Når samfundet når HIT-tallet, vil antal tilfælde af sygdommen være stabilt, ikke stige eller falde – vi har nået toppen af kurven, hvor hældningen er 0. Når vi kommer over HIT-tallet, vil antallet af smittede begynde at falde.

Du ønsker selvfølgelig, at kurven på din ø skal ligne den grønne fremfor den røde. Så hvordan sikrer vi os egentligt, at vi ender i den grønne kurve, og ikke den orange?

Du kender nok allerede en masse af de ord, du vil møde i dette afsnit; Social distance, karantæne, vacciner og immunitet. Vi vil sammen prøve at finde ud af, hvordan disse ord kan beskrives vha. begreberne reproduktionstal og HIT.

Social distance

COVID-19 smitter via små dråber, som ikke svæver i luften. Dråberne falder simpelthen til jorden. Derfor kan man beskytte sig selv (og andre) ved at holde god afstand, når man er omkring folk, man ikke bor med. Ved at holde god afstand mindsker vi faktisk reproduktionstallet, fordi en smittet i gennemsnit så vil smitte færre personer.

Karantæne

Hårdt, men effektivt: En smittet person kan ikke smitte, hvis der ikke er nogen andre at smitte. Derfor kan vi lukke folk inde i deres hjem (så hedder det mere præcist ’hjemmekarantæne’), for at sikre os, at de ikke smitter nogen. Det betyder altså, at vi sænker reproduktionstallet til 0 for folk i karantæne. Ved en total global karantæne (altså hvor ingen i hele verden forlader deres hjem, heller ikke for at handle, gå til lægen osv.) kunne vi altså udrydde sygdommen. Men hvorfor gør vi så ikke det? Jo, vurderingen er, at det ville skabe flere problemer, end det ville løse. For eksempel vil pludselig opståen sygdom, der ikke nødvendigvis har noget med COVID-19 at gøre, ikke kunne behandles.

Immunitet

At være immun betyder, at man ikke bliver syg af smitten. Man kan heller ikke smitte andre. Der er flere måder at blive immun på. Mange bliver immune efter de har haft sygdommen første gang. Når kroppen allerede én gang har haft sygdommen, kan den nemlig genkende den ondartede virus, og ved hvordan den skal reagere, hvis den virus kom igen. En vaccine kan også immunisere.
Immunitet stopper smittekæden og mindsker i praksis reproduktionstallet. Der er en procentdel af befolkningen, der skal være immune for, at samfundet er beskyttet, og smitten går i sig selv igen. Denne grænseværdi (grænsen mellem at samfundet er hhv. ikke-beskyttet og beskyttet) kender du allerede navnet på: HIT.

Vacciner

En vaccine immuniserer et menneske. Det vil sige, at man er immun overfor sygdommen, efter man har fået vaccinen for den. Ved at vaccinere befolkningen, kommer vi altså tættere på at nå HIT.

Grunden til, at vi ikke alle har mæslinger på trods af det høje reproduktionstal (R0=14) er, at vi vaccinerer imod mæslinger. Når en baby er 15 måneder gammel, bliver forældrene tilbudt en vaccination, der hedder MFR-vaccinen. Det står for Mæslinger, Fåresyge og Røde Hunde. Det er tre meget smitsomme sygdomme, som engang var et stort problem i befolkningen. En vaccination gør immunforsvaret parat til at tackle sygdommen, så man ikke bliver syg. En vaccination gør dig immun overfor sygdommen.
I dag er stort set alle mennesker vaccineret imod mæslinger, så selvom reproduktionstallet er højt, har vi sygdommen under kontrol. Med et reproduktionstal på 14 skal omkring 93% af befolkningen være immune for at samfundet er beskyttet, dvs.:

HIT = 1 – (1 / 14) = 0.9285

Fremtiden for din ø

På din ø skal I altså til at lægge jeres hverdag om. I følger resten af Danmark i måden, I griber situationen an på; man skal så vidt muligt blive indenfor. Det skal man både for at passe på sig selv, men også for at passe på andre – man kan jo godt være smittet uden at vise symptomer. Hvis man absolut skal udenfor, så skal man huske at holde god afstand til folk og at vaske hænder meget grundigt, så ofte man kan. Hvis der ikke er mulighed for at vaske hænder, kan man desinficere vha. sprit.

Alle personer med symptomer på COVID-19, der ikke kræver indlæggelse, må ikke forlade huset, for så kan man smitte andre.

På denne måde kan vi afholde sygdommen fra at sprede sig for hurtigt, og sikre, at der altid er plads til dem, der har brug for behandling på hospitalerne.

På et tidspunkt vil en vaccine være tilgængelig, og så kan vi for alvor begynde at snakke om at udrydde sygdommen.

Indtil da må alle på din ø – og i resten af Danmark – gøre sig umage for at passe på sig selv – og på hinanden.