Новая коронавирусная инфекция (СOVID-19) - быстрораспространяющееся
инфекционное заболевание, вызванное вирусом SARS-CoV-2. В настоящее время количество
зарегистрированных случаев заболевания во всем мире превышает 627 млн, а
количество летальных исходов - более 6,5 млн [1]. Течение пандемии COVID-19 сопровождалось характерными для
респираторных вирусных инфекций волнами, с периодичными, резкими всплесками
заболеваемости. Даты начала и конца волн расплывчаты, официально не
зарегистрированы и отличаются в зависимости от страны. В Российской Федерации 1-я
волна заболеваемости пришлась на начало пандемии с марта по август 2020 г., 2-я
волна - с октября 2020 г. по май 2021 г., 3-я волна - с сентября 2021 г. по
январь 2022 г. С каждой новой волной течение заболевания отличалось от
предыдущей по следующим параметрам: различная скорость распространения,
вирулентность микроорганизма и тяжесть поражения восприимчивого организма. [2]
Изменчивость течения болезни можно объяснить как появлением новых штаммов, так
и совершенствованием медицинской помощи, которое приводило к изменению
удельного веса морфологических вариантов поражения органов. При этом сходной
характеристикой у большинства пациентов с COVID-19 является поражение дыхательной
системы на всех ее уровнях: от полости носа до просвета альвеол. Поражение паренхимы
легких неоднозначно: могут развиться несколько основных состояний, таких как
диффузное альвеолярное повреждение (ДАП), лимфоцитарный альвеолит,
бронхопневмония, тромбоваскулиты с коагулопатией [3-6]. В патогенезе органных
поражений при COVID-19
важнейшую роль играют белки вируса - S-белок
(спайк) и нуклеокапсид. Имеются сообщения об экспрессии S-белка и нуклеокапсида в различных
клетках ткани легких, однако подробная информация в литературе отсутствует [3].
А. Zhu и соавт. показали, что определение локализации вируса может иметь
клиническое значение. В частности, обнаружение SARS-CoV-2 в тромбоцитах является маркером
потенциального летального исхода [4]. Однако до сих пор неизвестно, в каких
клетках локализуются эти белки, связана ли их локализация с особенностями
развивающейся патологии легких, может ли их расположение влиять на прогноз.
Цель данного проспективного исследования -
клинико-морфологический анализ поражения легких, а также определение клеточной
локализации белков вируса SARS-CoV-2 в летальных случаях COVID-19. Задачи
исследования - описание морфологических особенностей различных вариантов
поражения легких, анализ клеточной локализации белков SARS-CoV-2, оценка
различных форм поражения легких, определение частоты их встречаемости, а также
сравнение полученных данных за периоды 1, 2 и 3-й волны в Москве.
Материал и методы
Нами
проведено 118 вскрытий умерших от SARS-CoV-2, изучены клинико-лабораторные
данные по историям болезни, установлены первоначальные и непосредственные
причины смерти, проанализированы гистологические препараты. В зависимости от
периода смерти больных составлены 2 группы: 1-я группа включала 59 пациентов
(50%), умерших во 2-ю волну; 2-я группа - 59 (50%), умерших в период 3-й волны.
Критериями включения в каждую группу явились следующие параметры: коронавирусная
инфекция - первоначальная причина смерти; наличие вируса SARS-CoV-2,
подтвержденное прижизненным и/или посмертной полимеразно-цепной реакцией (ПЦР)
мазка слизистой оболочки полости рта и/или носа; упоминание о поражении легких
в заключительном патологоанатомическом диагнозе; полная стационарная
медицинская документация.
Макроскопическое
исследование: в каждом исследуемом случае на вскрытии забирались фрагменты из
пораженных участков ткани легких, затем проводилась фиксация в буферном 10%
растворе формалина и парафинизация.
Микроскопическое
исследование: изготавливались серийные парафиновые срезы с последующей окраской
гематоксилином и эозином. В 32 случаях (27%): была проведена
иммуногистохимическая реакция (ИГХ) с использованием моноклональных антител к
нуклеокапсиду и S-белку.
ИГХ-реакция проводилась на депарафинированном материале в 13 случаях 2-й волны
и в 19 случаях 3-й волны. Основанием для отбора случая для ИГХ-исследования
являлось наличие определенного варианта поражения легких, выявленного при
гистологическом исследовании.
ИГХ-реакция
проводилась на серийных парафиновых срезах. Срезы инкубировали с первичными
антителами в течение 30 мин, согласно предусмотренной фирмой-производителем
спецификации к антителу. В качестве первичных использовались следующие
антитела: SARS-Cov-2 (COVID-19) Spike Polyclonal Rabbit Antibody, производитель
GeneTex (cat. #GTX135356), разведение 1:500, а также SARS-Cov-2 (COVID-19)
Nucleocapsid Polyclonal Rabbit Antibody, производитель GeneTex (cat.
#GTX135357), разведение 1:500 по стандартным методикам. При постановке
ИГХ-реакций в обязательном порядке ставили положительные и отрицательные
контроли.
Морфометрический
анализ: все ИГХ-микропрепараты были отсканированы с помощью гистосканера Leica Aperio AT2 и проанализированы с применением и
количественной оценкой окрашенных клеток в приложении QuPath. В каждом препарате было выбрано не
менее 150 макрофагов, 150 пневмоцитов II типа и 150 эндотелиоцитов, среди которых подсчитывались
окрашенные клетки. Проводился статистический анализ непараметрическим методом
для малых выборок по Манну-Уитни.
Результаты
Клинико-морфологический анализ
В
83% случаев 2-й волны и в 81,3% случаев 3-й волны смерть наступила в период с
8-го по 28-й день заболевания. Самой распространенной непосредственной причиной
смерти (54,2%) во 2-ю волну явилось ДАП (клинически - острый респираторный
дистресс-синдром, ОРДС). 2-е место по частоте занимает легочно-сердечная
недостаточность (22%), 3-е - септический шок (18,6%). В 3-й волне самой частой
непосредственной причиной смерти явился септический шок (45,7%), на 2-м месте -
ДАП (27,11%), на 3-м - легочно-сердечная недостаточность (23,7%). Среди
остальных смертельных осложнений также встречались, но существенно реже: отек
головного мозга, гемотампонада перикарда, тромбоэмболия легочных артерий и
острая постгеморрагическая анемия.
Таким
образом, самым опасным с точки зрения потенциального летального исхода был
период с 8 по 28-й день заболевания, а самыми частыми причинами смерти - ДАП и
сепсис.
Макроскопическое исследование
У
пациентов, умерших от COVID-19,
в экссудативную фазу ДАП макроскопически легкие увеличены в размере, полностью
заполняют плевральные пространства. Консистенция легких плотная, поверхность
разреза красного цвета, "лакированного" вида (рис. 1А). С поверхности обильно
стекает розовая пенистая жидкость. В пролиферативную фазу легкие более плотные,
серовато-бордового цвета, "мясистого" или "войлочного" вида на разрезе (рис.
1Б). При затяжном течении заболевания на макроскопической картине
обнаруживались тяжи белесовато-серой волокнистой фиброзной ткани с
формированием в отдельных случаях "сотового легкого".
&hide_Cookie=yes)
При
присоединении вторичной флоры развивалась крупозная (см. рис. 1Б) или очаговая
пневмония (рис. 1В) с характерными для них морфологическими проявлениями в виде
красного или серого "опеченения" легких либо зернистости поверхности разреза. В
отдельных случаях пневмония носила деструктивный характер с формированием
абсцессов (см. рис. 1В-Г).
У
всех исследованных пациентов были выявлены макроскопические признаки COVID-ассоциированной коагулопатии либо в
виде фокусов кровоизлияний в плевральных листках, слизистой дыхательных путей и
в ткани легких, либо тромбов и тромбоэмболов в просветах ветвей легочных
артерий, геморрагических инфарктов легких (см. рис. 1Б).
Гистологическое исследование
При
микроскопическом исследовании в ткани легких были обнаружены следующие
патологические процессы: диффузное альвеолярное повреждение, лимфоцитарный
альвеолит, очаговая или крупозная пневмония при присоединении вторичной флоры.
Диффузное альвеолярное
повреждение
При
микроскопическом исследовании легких признаки диффузного альвеолярного
повреждения в стадии экссудации (рис. 2А) были выявлены в 53 случаях 2-й волны
(89,8%), причем у 10 (17%) пациентов они поражали практически всю площадь
исследованных фрагментов. В 3-ю волну признаки ДАП в стадии экссудации
наблюдались в 57 случаях (96,6%). ДАП в стадии пролиферации проявлялся в
виде плоскоклеточной метаплазии альвеолярного и бронхиального эпителия в
совокупности с остатками гиалиновых мембран (рис. 2Б). Во 2-ю волну процент
наблюдений признаков пролиферативной фазы ДАП составил 35 случаев (59,4%), в
3-ю - 32 (54,3%). В единичных наблюдениях в ткани легких определялись
немногочисленные гигантские многоядерные клетки по типу клеток инородных тел.
&hide_Cookie=yes)
В
экссудативную и пролиферативную фазы ДАП, помимо вышеописанных проявлений,
определялся реактивный аденоматоз в виде выраженной пролиферации пневмоцитов II типа с полной выстилкой просветов
альвеол и формированием железистоподобных структур.
Лимфоцитарный альвеолит
В
36 случаях (61%) 2-й волны наблюдались признаки альвеолита, сопровождающиеся
воспалительной инфильтрацией межальвеолярных перегородок в виде очаговых и
диффузных лимфоцитарных скоплений (рис. 2В). Альвеолиты иногда протекали с
развитием интерстициального фиброза. В нашем исследовании альвеолит
регистрировался только при выраженной воспалительной инфильтрации. В
большинстве случаев признаки альвеолита встречались не более чем в 39 случайных
полях зрения из 100, что может говорить о малом объеме поражения, а характер
инфильтрации был очаговый. В 3-ю волну признаки альвеолита встречались в 24
случаях (40,7%) и не чаще чем в 29 полях зрения.
Тромбоваскулит и COVID-ассоциированная коагулопатия
В
некоторых случаях было отмечено развитие васкулитов, характеризующихся
нейтрофильной и лимфоцитарной инфильтрацией сосудов мелкого калибра с развитием
в отдельных случаях фибриноидного некроза стенки. В просветах сосудов с
вышеописанной морфологической картиной определялись тромбы красного и
смешанного вида (см. рис. 2В). Во 2-й волне признаки тромбоваскулита
наблюдались в 19 случаях (32,2%), в 3-й волне - лишь в 7 (11,9%). У умерших в 1-ю
волну коронавирусной инфекции морфологические признаки воспаления сосудистой
стенки встречались в 75% случаев.
Несмотря
на то что воспаление сосудистой стенки встречалось относительно редко, признаки
коагулопатии в виде красных тромбов в просветах сосудов мелкого и крупного
калибра наблюдались во всех исследуемых случаях в 1, 2 и 3-й волнах [5].
Поражение сосудов микроциркуляторного русла и мелкого калибра проявлялось в
виде сладж-феномена и образования тромбов. В некоторых случаях микротромбоз
сопровождался дальнейшим развитием интраальвеолярных кровоизлияний, порой
занимающих большую площадь микропрепарата.
Бронхопневмония
Бактериальная
и грибковая пневмония диагностирована в виде скоплений лейкоцитов в просветах
мелких бронхов и альвеол (рис. 2Г). Во 2-ю волну бронхопневмония встречалась в
47 (79,7%) случаях, в 3-ю волну - в 31 (52,6%).
Резюмируя
вышесказанное, обращает на себя внимание то, что варианты поражения легких
могут отличаться от случая к случаю, однако в различные волны картина схожая:
на 1-е место выступает поражение микроциркуляторного русла с развитием особого
варианта ДВС-синдрома при новой коронавирусной инфекции - COVID-ассоциированной коагулопатии,
проявляющейся преимущественно тромбообразованием, а не геморрагическим
синдромом.
Иммуногистохимическое
исследование
При
проведении ИГХ-реакции с антителами против вирусных белков (S-белок и нуклеокапсид) окрашивание
обнаруживалось с самых ранних сроков заболевания в цитоплазме и реже в ядрах
различных клеток (рис. 3А, Б). Наиболее часто вирусные белки обнаруживались в
альвеолярных макрофагах, пневмоцитах как I, так и II типа, в эндотелиоцитах, лейкоцитах и в
бронхиальном эпителии.
&hide_Cookie=yes)
Рис.
3.
Иммуногистохимическое исследование: локализация Spike (А) и Nucleocapsid (Б) в цитоплазме альвеолярных
макрофагов и эндотелиоцитов в начале заболевания (2-е сутки); локализация Spike (В) и Nucleocapsid (Г)
в цитоплазме альвеолярных макрофагов, пневмоцитов II типа и в гиалиновых мембранах во время экссудативной
фазы диффузного альвеолярного повреждения (ДАП); локализация Spike (Д) и Nucleocapsid (Е) в цитоплазме пневмоцитов
II типа в состоянии плоскоклеточной
метаплазии во время пролиферативной фазы ДАП; локализация Spike (Ж)
и Nucleocapsid (З)
в цитоплазме пневмоцитов II
типа при аденоматозе. Иммунопероксидазная реакция с ДАП × 40
Fig. 3.
Immunohistochemical examination.
Localization of Spike (A) and Nucleocapsid (B) in the cytoplasm of alveolar
macrophages and endotheliocytes at the early phase of the disease (2nd day). Localization
of Spike (C) and Nucleocapsid (D) in the cytoplasm of alveolar macrophages, pneumocytes
type II, and in hyaline membranes during the exudative phase of DAP.
Localization of Spike (E) and Nucleocapsid (F) in the cytoplasm of pneumocytes
type II in a state of squamous metaplasia during the proliferative phase of
DAP. Localization of Spike (G) and Nucleocapsid (H) in the cytoplasm of
pneumocytes type II in adenomatosis. Immunoperoxidase reaction with DAB × 40
Визуализация
альвеолоцитов I
типа представляла трудности ввиду их тонкой структуры и скудного количества цитоплазмы,
но в случаях их набухания и слущивания экспрессия вирусных белков наблюдалась
отчетливо. Вирусные белки были также обнаружены в мезотелии висцеральной
плевры. Клеточная локализация вирусных белков и количество окрашенных клеток
отличались в зависимости от варианта поражения легких.
Диффузное альвеолярное
повреждение в стадии экссудации
При
исследовании случаев 2-й и 3-й волны вирусные белки обнаружены в альвеолярных
макрофагах, пневмоцитах 2-го порядка и эндотелиоцитах (см. рис. 3А-З) (см.
таблицу).
&hide_Cookie=yes)
Диффузные
альвеолярные повреждения в стадии пролиферации
Белки
вируса обнаруживались в тех же клетках, однако с большей частотой в пневмоцитах
II типа, особенно в
очагах аденоматоза. Кроме того, высокая частота окрашивания клеток антителами
против вирусных белков выявлялась в очагах плоскоклеточной метаплазии эпителия,
достигая 100% во 2-ю волну (см. таблицу). При этом отмечено некоторое
увеличение частоты экспрессии вирусных белков в макрофагах и в эндотелии
сосудов в 3-й волне.
Альвеолит
У
пациентов, в ткани легких которых определялась выраженная воспалительная
инфильтрация легочного интерстиция, окрашивание определялось в эндотелиоцитах,
а также в макрофагах, которые присутствовали в составе воспалительного
инфильтрата. Во 2-й волне экспрессия S-белка
была обнаружена в 94% макрофагов и 30% эндотелиоцитов. Окрашивание
нуклеокапсидом определялось в 84,1% макрофагов и 36,6% эндотелиоцитов (см.
таблицу). В 3-ю волну окрашивание S-белком
было выявлено в 83,3% макрофагов и 27,3% эндотелиоцитов. Окрашивание
нуклеокапсидом обнаружено в 86,6 и 31,1% эндотелиоцитов.