1. Журналы
2. Архив патологии
3. # 4, 2020
4. Патология легких при COVID-19 в Москве

Пандемия коронавирусной болезни 2019 г. (COVID-19) быстро распространяется. Причиной развития болезни является новый коронавирус SARS-CoV-2, обладающий высокой инфекционностью в условиях отсутствия эффективных противовирусных препаратов и вакцин.

SARS-CoV-2 — одноцепочечный РНК-содержащий вирус, принадлежащий к семейству Coronaviridae. Согласно секвенированию генома, было показано, что существует генетическое сродство нового вируса с ранее известными коронавирусами SARS-CoV (сходство ~79%) и MERS-CoV (сходство ~50%) [1—3]. S-белок вируса SARS-CoV-2 имеет сродство к рецептору ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2), причем его аффинность в отношении этого рецептора в 10—20 раз выше, чем у SARS-CoV, что и обеспечивает высокую контагиозность. Рецептор к АПФ2 экспрессируется в эндотелии сосудов, эпителии респираторных путей, альвеолоцитах, альвеолярных моноцитах и макрофагах [1—3]. Основным путем передачи является прямое или непрямое воздействие на дыхательные пути. Следует отметить, что SARS-CoV-2 способен к активной репликации в верхних дыхательных путях [1, 4], что продемонстрировала успешная изоляция живого вируса из мазков из зева и обнаружение вирусного субгеномного РНК-мессенджера (sgRNA) в клетках верхних дыхательных путей. Тропность вируса к эпителию верхних дыхательных путей, вероятно, объясняет непрерывное выделение вируса из глотки и более эффективную передачу SARS-CoV-2, чем SARS-CoV. Течение и прогрессирование болезни COVID-19 напоминает SARS по репликации вируса в нижних дыхательных путях с развитием вторичной виремии, приводящей к поражению органов-мишеней: легких, сердца, почек, желудочно-кишечного тракта и периферической сосудистой сети, которые экспрессируют рецептор к АПФ2, приводя к клиническому ухудшению на второй неделе после начала заболевания [4].

Персистирующий воспалительный статус у пациентов с тяжелой и критической степенью тяжести COVID-19 действует как важный триггер для каскада коагуляции. В частности, IL-6 может активировать систему свертывания и подавлять фибринолитическую систему. Вследствие прямого воздействия вируса происходит повреждение эндотелия сосудов легких и периферических сосудов, что также является важным индуктором гиперкоагуляции как и агрессивный иммунный ответ. Появление антифосфолипидных антител может усиливать коагулопатию [5].

Такое явление у пациентов с тяжелым и критическим состоянием редко встречалось при других коронавирусных инфекциях, но обнаруживалось при тяжелом гриппе [6]. Клиническое течение COVID-19 характеризуется гиперкоагуляцией с увеличением протромбинового времени, повышением уровня D-димера и фибриногена при почти нормальном активированном частичном тромбопластиновом времени, что приводит к развитию диссеминированной внутрисосудистой коагуляции (ДВС-синдрома), которая наблюдалась у 71,4% умерших и 0,6% оставшихся в живых больных с COVID-19 [7, 8]. Прогрессирование COVID-19 также связывают с постоянным снижением уровня лимфоцитов и значительным повышением доли нейтрофилов [9]. Помимо этого, происходит повышение концентрации маркеров воспаления: С-реактивного белка, ферритина, интерлейкина (IL) 6, IP-10, MCP1, MIP1A и TNFα. Показано, что снижение количества лимфоцитов, повышение уровня ферритина, IL-6 и D-димера являются прогностическими факторами смертности при COVID-19 [9, 10]. Однако механизмы, лежащие в основе прогрессирующей лимфопении у тяжелых и критических пациентов с COVID-19, остаются неясными. Предполагают, что это может быть связано с функциональным истощением лимфоцитов и/или гибелью части лимфоцитов посредством апоптоза или пироптоза [11, 12].

Клиническое течение инфекции SARS-CoV-2 можно разделить на три следующие фазы: виремия, обострение (фаза пневмонии) и прогрессирование или выздоровление [13]. Пациенты с сохраненным иммунным статусом и адекватным иммунным ответом без факторов риска (пожилой или старческий возраст, наличие коморбидных заболеваний) подавляют действие вируса на первом или втором этапе без формирования чрезмерной иммунной реакции. Напротив, пациенты с иммунной дисфункцией имеют высокий риск сбоя начальной фазы иммунного ответа, что является причиной тяжелого или крайне тяжелого течения болезни и высокого риска смерти. Исходя из этого, лечение COVID-19 должно быть более адекватным в этом окне возможностей между первой и второй фазой, когда наблюдается клиническое ухудшение с признаками резкого воспаления и гиперкоагуляционного синдрома.

Инкубационный период при COVID-19 составляет от 2 до 14 сут, в среднем 5—7 сут. Для сравнения: инкубационный период для сезонного гриппа составляет около двух дней.

Среди первых симптомов COVID-19 зарегистрированы: повышение температуры тела — в 90% наблюдений, кашель (сухой или с небольшим количеством мокроты) — 80%, одышка — 55%, миалгия и утомляемость — 44%, ощущение сдавленности (заложенности) и/или боли в грудной клетке — 20%, продукция мокроты — 8%, а также головные боли — 8%, кровохарканье — 5%, диарея — 3%, тошнота, насморк, утрата обоняния и вкусовых ощущений, разнообразные кожные высыпания. Такие симптомы в дебюте инфекции могут наблюдаться и при отсутствии повышения температуры тела. Кроме того, указывают на то, что до 70% пациентов имеют бессимптомное течение заболевания, при этом при проведении КТ легких примерно у 50% таких больных выявляются признаки пневмонии [14].

Летальность при COVID-19 в Южной Корее на 15.03.20 составила 3,7% (из 156 400 заболевших умерли 5833) [15]. По данным N. Petrosillo и соавт. (2020), летальность при COVID-19 составила 2,3%, при SARS — 9,5%, при MERS — 34,4% [16].

При аутопсии умерших от COVID-19 описаны макроскопические изменения легких. Авторы указывают на уплотнение одного или обоих легких (увеличение массы), отек, серо-розовый цвет слизистой оболочки трахеи и крупных бронхов, иногда встречается небольшое количество жидкого буроватого секрета, описывают перикардит, сегментарный стеноз и расширение тонкой кишки [17].

При гистологическом исследовании материала, полученного при обычной или минимальной инвазивной аутопсии, наблюдали десквамацию бронхиального и бронхиолярного эпителия, внутриальвеолярный отек, гиалиновые мембраны в части альвеол, в просветах альвеол были видны скопления макрофагов и моноцитов, гигантские многоядерные уродливые клетки альвеолярного эпителия. Выявлены инфильтрация стенок альвеол лимфоцитами (преимущественно CD4+ Т-лимфоцитами), пролиферация альвеолоцитов II типа и десквамация альвеолярного эпителия (альвеолоцитов I и II типа), расширение капилляров межальвеолярных перегородок с лимфоидно-моноцитарной инфильтрацией стенок. Наличие фибриновых (гиалиновых) обтурирующих тромбов в просветах капилляров артериол и венул сочеталось с очаговыми внутриальвеолярными кровоизлияниями. Были отмечены также участки организующейся пневмонии и интерстициального фиброза. Вирусные частицы обнаружены в эпителии бронхов и цитоплазме альвеолоцитов II типа. В почках выявлены участки фибринозного некроза капилляров клубочков, периваскулярные лимфоидные инфильтраты; в селезенке — некроз и дегенерация клеток. Вирусные частицы в других органах не обнаружены [18].

Данные о заболеваемости и смертности, клиническом течении заболевания, рентгенологических особенностях, о макро- и микроскопических изменениях в легких при COVID-19 продолжают накапливаться и обобщаться, однако остается множество нерешенных вопросов и проблем.

Цель исследования — изучить морфологические изменения в легких у умерших от COVID-19 в Москве за период с 6 марта по 30 апреля 2020 г.

За указанный период (с 20 марта по 28 апреля 2020 г.) в разных стационарах Москвы умерли от COVID-19 543 пациента (219 женщин и 324 мужчины), средний возраст умерших составил 67,47±14,67 года (71,27±13,64 и 64,93±14,83 года для женщин и мужчин соответственно).

Изучен материал, полученный от 23 умерших пациентов с прижизненно подтвержденным COVID-19 (ПЦР-исследование материала из носоглотки, у части умерших положительный анализ ПЦР в образцах из трахеи и ткани легких при аутопсии). Средний возраст умерших составил 65 лет, длительность заболевания колебалась от 5 до 32 сут. Аутопсия была проведена в соответствии с рекомендациями Департамента здравоохранения г. Москвы [14].

На аутопсии выявлено резко выраженное острое общее венозное полнокровие, наибольшие изменения наблюдали в легких, у части пациентов множественные мелкоточечные кровоизлияния в париетальной и висцеральной плевре, шоковые почки, тромбы в кровеносных сосудах разной локализации.

Легкие, как правило, заполняли весь объем грудной полости; наблюдали типичную картину «шоковых легких»: резиновая плотность ткани и ее безвоздушность, лаковый вид темно-вишневой поверхности, на разрезе легкие темно-красного или коричневато-красного цвета, встречались участки ателектазов (дистелектазов), геморрагические инфаркты различных размеров, обтурирующие тромбы в ветвях легочных артерий и вен, что соответствует диффузному альвеолярному повреждению с элементами ДВС-синдрома (рис. 1).

При гистологическом исследовании в легочной ткани изменения соответствовали различным фазам диффузного альвеолярного повреждения. В раннюю экссудативную фазу (у 17 из 23 умерших) выявляли внутриальвеолярный отек (рис. 2), гиалиновые мембраны (рис. 3, 4), выстилающие контуры альвеол, десквамацию бронхиолярного и альвеолярного эпителия, в последнем — в виде разрозненных клеток и пластов (рис. 5). В стенках и просветах альвеол обнаруживали альвеолоциты с измененной формой клеток (крупные, местами отростчатые клетки), с укрупненными ядрами с грубозернистым хроматином и отчетливыми ядрышками, иногда вокруг ядра присутствовало гало, а в цитоплазме клеток были округлые включения (рис. 6). Такие изменения следует трактовать как цитопатический эффект, что является косвенным подтверждением вирусного повреждения. Иногда встречались единичные симпласты десквамированных альвеолоцитов. Помимо этого в экссудативную фазу наблюдалось полнокровие капилляров межальвеолярных перегородок, а также ветвей легочных артерий и вен, в большинстве случаев со сладжами эритроцитов, фибриновыми или организующимися тромбами, очагами периваскулярных кровоизлияний (рис. 7, 8).

Внутриальвеолярное скопление эритроцитов выявляли практически во всех наблюдениях, однако выраженность его в разных случаях и в различных участках легкого неодинакова — от небольших скоплений до практически полного заполнения просвета альвеол эритроцитами с формированием инфаркта. Сидерофаги и/или отложение гемосидерина (периваскулярно и в стенках ветвей легочной артерии) выявлены лишь у трех умерших. В одном наблюдении найдены периваскулярные кровоизлияния. В капиллярах межальвеолярных перегородок во всех случаях обнаружены мегакариоциты (рис. 9). В просветах альвеол наблюдали скопление лимфоцитов, плазматических клеток и макрофагов, единичных нейтрофилов, выраженность клеточной реакции была различной. В эту же фазу заболевания в просветах альвеол у части умерших обнаружены макрофаги, содержащие в цитоплазме фрагменты клеток (рис. 10). В части альвеол выявлена пролиферация альвеолоцитов II типа, наряду с этим также наблюдали десквамацию их в виде пластов. Имелась инфильтрация межальвеолярных перегородок лимфоцитами (рис. 11).

У 6 умерших в фазу пролиферации диффузного альвеолярного повреждения в просветах альвеол обнаруживали фибрин разной степени зрелости, полиповидную грануляционную ткань в виде мелких фрагментов (рис. 12), поля организующейся пневмонии или участки рыхлого фиб-роза с щелевидными структурами, выстланными кубическим или метаплазированным плоским эпителием (рис. 13). В то же время у части умерших определяли интестициальное воспаление с утолщением и отеком межальвеолярных перегородок в последних и периваскулярно обнаруживали отечную миксоидную строму (рис. 14).

Замечено, что фаза диффузного альвеолярного повреждения не коррелировала с продолжительностью заболевания, указанного в медицинских документах.

В двух наблюдениях наряду с признаками вирусной пневмонии выявлена бактериальная пневмония. В одном случае бактериальная пневмония в фазе организации сочеталась с диффузным альвеолярным повреждением в фазе организации. Вероятнее всего, присоединилась бактериальная суперинфекция, осложнившая течение вирусной пневмонии. Во втором наблюдении у умершего выявлены признаки аспирационной пневмонии при наличии пищевых фрагментов в просветах альвеол, бронхиол и бронхов. При этом в других участках легкого обнаружены отек и гиалиновые мембраны.

У трети умерших обнаружена гиперплазия селезенки (масса от 200 до 450 г) с умеренно выраженным соскобом пульпы. При гистологическом исследовании определялось опустошение Т- и В-зависимых зон лимфоидной ткани, в двух наблюдениях — геморрагический инфаркт, в одном — обтурирующий фибриновый тромб в артериоле. В почках в ²/₃ наблюдений обнаружен некроз эпителия части канальцев, иногда со скоплением в просветах эозинофильных гомогенных масс. В одном наблюдении наряду с некрозом эпителия выявлялись также признаки пролиферации эпителия канальцев. В 10 наблюдениях присутствовали очаговые некрозы кардиомиоцитов, в 2 — участки некроза (ишемии) миокарда, в 3 установлены диапедезные кровоизлияния в миокарде и головном мозге, в 1 — признаки миокардита.

В других органах и тканях наблюдали признаки очаговых повреждений тканевых структур вплоть до некроза паренхиматозных клеток, а также изменения, связанные с коморбидными хроническими заболеваниями, ранее имевшимися у умерших.

Обсуждение

В легких при COVID-19 во всех наблюдениях определялось диффузное альвеолярное повреждение с разной степенью выраженности ДВС-синдрома как и при других вирусных поражениях легких (вызванных SARS-nCoV, MERS-CoV, гриппе A/H1N1) [6,16].

Однако мы установили, что в отличие от вирусной пневмонии, вызванной вирусом гриппа A/H1N1, где фаза диффузного альвеолярного повреждения достаточно четко коррелировала с длительностью заболевания, при новой коронавирусной инфекции нет четкой связи между продолжительностью течения болезни и выявленными морфологическими изменениями. Вероятнее всего, это можно объяснить стертым началом заболевания и наличием периода бессимптомного течения болезни у части пациентов [2]. Установлено, что в так называемом терапевтическом окне (7—10-е сутки заболевания) описанные признаки соответствуют экссудативной стадии диффузного альвеолярного повреждения, следовательно, использование терапии, направленной на улучшение функции дыхания, и коррекция гиперкоагуляции могут дать положительный эффект [13]. При прогрессировании заболевания у пациентов, находящихся в крайне тяжелом состоянии, развиваются организующаяся пневмония и очаговый фиброз, что наблюдалось и при гриппе A/H1N1 [2, 19]. Данные о системной гиперкоагуляции при новой коронавирусной инфекции, активно обсуждающиеся в литературе, подтверждаются в нашем исследовании наличием диапедезных кровоизлияний в различных органах. В основном они проявляются в легких в виде очаговых кровоизлияний и инфарктов при наличии тромбов преимущественно в мелких ветвях легочных артерий и вен. При вирусной пневмонии, вызванной вирусом гриппа A/H1N1, ранее мы наблюдали образование тромбов в основном в ветвях легочных вен [6]. Кроме того, отличием от гриппозной пневмонии является обнаружение преимущественно свежих кровоизлияний. Однако эти данные предварительные и требуют анализа более обширного материала. Выявленные мегакариоциты в капиллярах межальвеолярных перегородок описаны ранее при остром респираторном дистресс-синдроме, вызванном различными факторами, в том числе вирусной этиологии. По данным авторов, мегакариоциты могут участвовать в тромбоцитогенезе, а также способствовать тромбообразованию в различных органах [20]. Однако делать вывод о том, что коагуляционные нарушения наблюдаются преимущественно в легких, мы считаем преждевременным, хотя легкие, несомненно, являются основным органом-мишенью при коронавирусной инфекции [5].

Обсуждается вопрос о доминирующем повреждении коронавирусом SARS-CoV-2 альвеолоцитов II типа. Так, ранее в экспериментальном исследовании продемонстрировано, что вирус SARS-CoV в основном поражает альвеолоциты II типа, а не I [21]. Эти данные, однако, требуют подтверждения для COVID-19, поскольку в раннюю фазу диффузного альвеолярного повреждения мы наблюдали десквамацию альвеолоцитов I типа. В связи с этим предполагаем, что скорее всего имеется повреждение и тех, и других клеток. Обсуждается в литературе вопрос относительно вирусного повреждения лимфоцитов, преимущественно CD4+ T-клеток. Несмотря на то что на лимфоцитах отсутствуют рецепторы к АПФ2, есть предположение, что вирус может проникать в клетку путем слияния мембран и эндоцитоза, в результате чего часть лимфоцитов может погибать, как предполагается, путем апоптоза или пироптоза [13]. Обнаруженные фрагменты клеток в цитоплазме макрофагов могут являться косвенным свидетельством апоптоза лимфоцитов, однако это требует дальнейшего изучения.

Появление кровоизлияний и тромбов в мелких кровеносных сосудах в других органах, вероятно, связаны с виремией у тяжелых пациентов, что приводит к прямому вирусному повреждению эндотелиоцитов с развитием в последующем инфекционно-токсического шока (геморрагического шока), усугубляющего течение COVID-19 [21].

В представленных наблюдениях только у двух умерших была выявлена бактериальная пневмония, при этом в одном из них возникшая, вероятнее всего, как осложнение вирусной. В другом наблюдении имела место аспирационная пневмония, осложнившаяся впоследствии вирусной пневмонией. Бактериальные осложнения скорее всего не являются частым осложнением COVID-19, однако могут развиваться у лиц, находящихся на инвазивной вентиляции. В то же время следует помнить, что высокие титры бактериальных возбудителей не всегда свидетельствуют о развитии вирусно-бактериального поражения [22].

Заключение

При COVID-19 у тяжелых больных возникает вирусная интерстициальная пневмония с развитием диффузного альвеолярного повреждения, нередко с выраженным альвеолярно-геморрагическим синдромом и распространенным тромбозом микроциркуляторного русла, реже — крупных сосудов легких, которое обусловливает тяжелое течение заболевания, гипоксию и дыхательную недостаточность.

Неполное соответствие морфологических изменений в легких (фаз диффузного альвеолярного повреждения) длительности заболевания, вероятно, связано с неустановленной продолжительностью бессимптомного течения у многих пациентов. Течение новой коронавирусной инфекции характеризуется преимущественным поражением легких, снижением SpO₂, лимфопенией с одновременным нарастанием лейкоцитоза, признаков гиперкоагуляции с риском развития тромбозов артерий и вен разных органов и, как следствие, инфарктов легких, миокарда, головного мозга у крайне тяжелых и коморбидных больных.

Предполагаем, что возникновение вирусно-бактериальной пневмонии возможно преимущественно у лиц при интубации трахеи с трахеостомой и длительным проведением ИВЛ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.