Введение

Пандемия, вызванная новым коронавирусом в 2019 г., стала глобальной проблемой в области здравоохранения [1]. COVID-19 вызывает острое респираторное заболевание с острым дистресс-синдромом и двусторонней пневмонией. На сегодняшний день в мире зарегистрировано более 557 млн больных COVID-19, из которых свыше 6 млн летальных исходов. Анализ данных литературы свидетельствует о том, что в 81% случаев отмечается легкое течение болезни, а в 14% — заболевание протекает тяжело и сопровождается септическим шоком, коагулопатией и полиорганной дисфункцией [2]. По данным отчета Института здоровья Италии (2020), хроническая почечная недостаточность (ХПН) выявлена у 49% пациентов и является сопутствующей патологией у 23,1% больных с летальным исходом. Метаанализ, проведенный с включением 1389 пациентов с хроническими болезнями почек (ХБП) и COVID-19, показал статистически значимую связь между риском развития ХБП и тяжестью Sars-CoV-2 (95%) [3]. В ряде наблюдений отмечена высокая частота (40—75% случаев) выявления мочевого синдрома в виде разного уровня протеинурии и/или гематурии на фоне Sars-CoV-2, в том числе у пациентов, не имеющих признаков ХБП. В 5—7% случаев эти изменения сопровождались развитием острого повреждения почек (ОПП). Показана тесная связь между перечисленными параметрами и риском смерти [3]. Следует отметить, что поражение почек отмечается как у пациентов с ХБП, так и в отсутствие этой патологии [1]. Почки являются второй мишенью действия COVID-19, и ОПП встречается в 5—36,6% случаев. Вместе с тем метаанализ с включением 17 391 пациентов с ХБП показал, что частота терминальной стадии может достигать 65,2%.

Диагностические методы, а именно выявление высоких уровней креатинина, мочевины в сыворотке крови, наличия и степени выраженности протеинурии и гематурии показывают довольно тяжелое поражение почек [4]. Возможно, было бы целесообразно обнаружить признаки патологии почек на раннем, функциональном этапе их развития. Такой подход к диагностике предполагает разработку и использование адекватных неинвазивных методов на начальном этапе нарушений, что позволило бы уменьшить степень необратимых повреждений, снизить показатели летальности и нагрузку на медицинский персонал.

Вопрос о природе патологии остается открытым. Известно, что инфекция COVID-19 проникает через рецепторы к ангиотензинпревращающему ферменту 2-го типа (АПФ2), с которыми взаимодействует спайковый белок SARS-CoV-2. В наибольшей степени (82%) экспрессия рецепторов АПФ2 в почках локализована в проксимальных канальцах, на вставочных клетках собирательных трубок, в эпителии дистальных канальцев и подоцитах. Поражение подоцитов способствует утечке белка и вируса в капсулу Боумена и затем в первичную мочу в проксимальных канальцах почек, способствуя прямому действию на них и развитию острого некроза канальцев (ОНК). Об этом свидетельствуют данные многих авторов [2, 5]. Результаты, полученные при посмертном патоморфологическом исследовании, показали наличие вирусных частиц COVID-19 в клетках канальцев и подоцитах [4].

Цель обзора — проанализировать механизмы развития ОПП у пациентов с COVID-19, обосновать методические подходы для обеспечения своевременной диагностики патологического процесса.

Материал и методы

Используемые в обзоре методологические подходы для реализации поставленной цели основываются на изучении достаточного количества источников литературы. В процессе анализа данных литературы, начиная с 2019 г., мы использовали критический подход к изучаемым работам, оценивая их соответствие теме исследования и адекватность статистических методов. Параметрами для отбора выбраны слова и словосочетания: COVID-19, острое повреждение почек, гломерулопатия, дисфункция эндотелия, протеом, метаболом, факторы риска: сахарный диабет, хроническая болезнь почек, цитокины. Использованы следующие реферативные базы данных: PubMed, Googl Sholar, eLibrary и другие. Найдено более 150 публикаций по обсуждаемой теме, из них включены в обзор данные 34 статей: 15 оригинальных статей, 12 обзоров, 2 метаанализа, 5 отчетов и писем в редакцию.

Результаты

Механизмы повреждения почек у пациентов с COVID-19

Результаты большинства исследователей указывают на прямое цитотоксическое действие вируса и опосредованное, обусловленное нарушением регуляторных механизмов гемодинамики, а также развитием системного воспалительного ответа, то есть иммуноопосредованного механизма [5, 6].

Вирус Sars-CoV-2 для проникновения в биологические среды организма использует рецепторы АПФ2, а также спайковый белок (Sars). Генетические исследования выявили высокую степень экспрессии генов рецептора АПФ2 (ACE-2, angiotensin-converting enzyme-2) и трансмембранной сериновой протеазы — TMPRSS (cellular transmembrane serine proteases) в структурах нефрона, причем уровень экспрессии гена рецептора АПФ2 в почках был в 100 раз выше, чем в легочной и других тканях [7, 8]. Приведенные данные свидетельствуют о высокой тропности Sars-CoV-2 к клеткам почечной ткани как к потенциальной мишени первичного повреждения при COVID-19. Инфицирование почек Sars-CoV-2 и развитие ОПП сопровождается выраженной протеинурией [1]. Прямое цитотоксическое действие подтверждается данными наличия вирусных частиц Sars-CoV-2 в клетках канальцев и подоцитах, а также обнаружением фрагментов гена РНК Sars-CoV-2 методами иммуногистохимического исследования и гибридизации почечной ткани при аутопсии [2, 5, 8]. При вирусной интоксикации взаимодействие Sars-CoV-2 с рецепторами АПФ2 приводит к потере АПФ2, дисбалансу в системах регуляции основных метаболических путей и функциональным изменениям: нарушению скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и повреждению канальцевого аппарата почек. По данным федерального университета в Сан-Паулу (Бразилия), эти нарушения зачастую могут стать необратимыми. В наибольшей степени экспрессия рецепторов АПФ2 в почках в 82% случаев локализована в проксимальных канальцах, на вставочных клетках собирательных трубок, в эпителии дистальных канальцев и подоцитах. Поступление белка вируса в первичную мочу проксимальных канальцев способствует прямому воздействию инфекции на эпителий канальцев и развитию ОНК. Взаимодействие вируса с рецепторами АПФ2 позволяет ему нарушать функционирование двух биологических систем, регулирующих величину артериального давления (АД), воспаление и другие процессы. При снижении уровня АД в почечных сосудах клетки юкстагломерулярного аппарата вырабатывают фермент ренин, взаимодействующий в крови с ангиотензиногеном и образованием ангиотензина I, который с участием АПФ превращается в ангиотензин II, способствующий более выраженному снижению почечного кровотока, нарушению основных процессов мочеобразования и снижению экскреторной способности почек. Вирус приводит к ухудшению функции почек и развитию острого или долгосрочного заболевания в 20—40% случаев. В течение 6 месяцев после заражения риск ОПП был на 23% выше, чем среди неинфицированных [4]. Усугубляющим фактором нарушения функции почек является стимулирующее действие ангиотензина II на синтез и секрецию альдостерона клубочковой зоной надпочечников в кровь, что создает гипертензию и нагрузку на сердечно-сосудистую систему. В механизме цитотоксического действия COVID-19 участвует повышение гемокоагуляции, образование микротромбов в микроциркуляторных сосудах почек, что определяет применение антикоагулянтов в лечении больных.

Коварство инфекции заключается в отдаленных последствиях перенесенного заболевания, когда развивается «цитокиновый шторм». Внутриклеточная вирусная репликация приводит к активации инфламмасомы и массивной секреции провоспалительных цитокинов, которые приводят к пироптозу с последующим развитием CRS (cytokine release syndrome — «цитокиновый шторм») [9]. Существуют данные, свидетельствующие, что именно цитокины повреждают здоровые ткани других органов, а не Sars-CoV-2 [8]. Провоспалительные цитокины могут запускать воспалительные реакции и развитие эндотелиальной и канальцевой дисфункции [10, 11]. У больных с COVID-19 выявлена повышенная концентрация интерлейкина IL-6, что и свидетельствовало о воспалительной реакции в легких и почках с высоким уровнем риска развития почечного острого некроза [12].

Посмертный анализ почек 42 пациентов с COVID-19 и гибридизационные исследования in situ у 33 больных подтвердили в 94% случаев наличие острого повреждения канальцев. Фоновые изменения гипертонического артерионефросклероза и диабетического гломерулосклероза были частыми, выявлены фибриновые тромбы в 14% случаев [13]. Данными литературы установлено участие системы комплемента в развитии почечной патологии при биопсии почек и аутопсии у пациентов с COVID-19 [13, 14]. У больных с экстракорпоральной терапией анализ активности ферментов системы комплемента показал, что доминирующими белками были C3, а также коллектин-11 (CL-11) и мембранно-атакующий компонент комплемента 2-го типа (MASP-2). Самая высокая частота CD61-позитивных тромбов обнаружена в перитубулярных капиллярах и почечных артериях, идентифицированных при COVID-19 по сравнению с контрольными образцами. Активированы различные пути комплемента: лектиновый в перитубулярном капилляре, классический — в почечных артериях и альтернативный для канальцевого комплемента [14]. Таким образом, ингибирование системы комплемента может быть многообещающим вариантом лечения для предотвращения повреждения почечной ткани.

Гломерулопатии и микротромботические ангиопатии

Исследования ряда ученых показали, что у пациентов с COVID-19 имеет место наряду с ОНК и повреждение клубочкового аппарата почек [2, 4, 15]. Установлено развитие очаговой гломерулопатии и наличие в подоцитах вакуолей, рассматриваемых в качестве вирусных включений [2, 4]. J.A. Kellum и соавт. при аутотопсии почек обнаружили преимущественную локацию Sars-CoV-2 в эндотелиальных клетках. Выраженное повреждение гломерул, развитие сегментарного гломерулосклероза и коллапсирующей гломерулопатии установлено исследованиями биоптата почек у пациентов с ОПП на фоне COVID-19 [5]. Исследования A.A. Shetty и соавт. показали при ОПП наличие высокой степени протеинурии в сочетании с тяжелым остром респираторным синдромом (ОРС), наличие коллапсирующей гломерулопатии и подоцитопатии [15]. Генетическое тестирование подтвердило у 50% больных наличие генотипа аполипопротеина 1 (APOL-1) как высокого уровня риска. Исследования E. Ahmadian и соавт. также демонстрируют повреждение клубочков, развитие коллапсирующей гломерулопатии, коагулопатии и ишемии почек [2]. Установлено, что внутрисосудистая коагуляция в капиллярах гломерул корригировала с высокими сывороточными показателями цитокинов, в частности, IL-6, α-интерферона (INF-α) и активацией экспрессии гена APOL-1 [16]. Таким образом, показано прямое цитотоксическое действие вируса в нефроне, а также отмечена роль цитокинов в инициации, развитии и прогрессировании ОПП у пациентов с COVID-19.

Факторы риска развития острого повреждения почек у пациентов с COVID-19

В качестве факторов риска развития ОПП у пациентов с COVID-19 рассматриваются гипоксия вследствие повышения уровня внутригрудного давления, нарушение газообмена на фоне острого респираторного дистресс-синдрома (ORDC), артериальная гипертензия, сахарный диабет (СД), ХБП [14, 17, 18]. Взаимосвязь вируса и СД имеет двусторонний характер. СД, с одной стороны, является фактором риска развития вирусной инфекции и поражения почек, а с другой — следствием COVID-19.

В метаанализе, выполненном J. Wu и соавт., сообщалось о влиянии СД на тяжесть течения COVID-19 и летальность [19]. У 31,8% из 66 госпитализированных пациентов с COVID-19 и СД диагностирована тяжелая форма коронавируса, тогда как этот показатель у пациентов без СД составил 9,09%. Метаанализ подтвердил, что у больных СД и коронавирусной инфекцией риск летальности был в 2,95 раза выше по сравнению с пациентами без СД. В ходе ретроспективного исследования в 2020 г. у 453 пациентов, госпитализированных в больницу Union в Ухане (КНР) с подтвержденным ОРС и COVID-19, самый высокий уровень риска развития ОРС был у больных с впервые диагностированным СД (11,7%), у больных с ранее известным СД отмечен более низкий уровень риска ОРС (4,1%) и еще ниже у пациентов с гипергликемией (6,2%) по сравнению с пациентами с нормогликемией (4,7%). Пациенты с COVID-19 должны подвергаться мониторингу для проведения скрининга уровня гликемии. Исследования, выполненные J. Wu и соавт. и P. Vas и соавт. [19, 20], показали поразительные результаты связи между СД и плохим исходом у более молодых — в возрасте менее 55 лет, а также у лиц с впервые диагностированным СД. Особое внимание требуют больные СД с наличием кетоза и резистентности к инсулину. В больничных условиях при использовании дексаметазона в лечении необходимо отслеживать развитие выраженной гипергликемии, поскольку препарат значительно улучшает результаты лечения у больных, получающих оксигенацию и вентиляцию легких. Установлено в ходе метаанализа, что 25% населения, участвующего в проведении исследования процесса восстановления, болели СД. Долгосрочное наблюдение за выжившими от COVID-19 также необходимо для определения отдаленных результатов. Принимая во внимание сохранение COVID-19 в обозримом будущем и глобальную распространенность СД, следует отметить, что необходима поддержка целенаправленного ведения клинического наблюдения и этиопатогенетических разработок в политике здравоохранения.

Во Франции в период с 10.03.20 по 10.04.20 пациенты из 68 центров по всей стране (всего 2951 человек) включены в исследование Coronado для определения фенотипических характеристик пациентов с СД и коронавирусной инфекцией [18]. В проведенном исследовании оценивали первичный результат по конечной точке, сочетающей ИВЛ и/или смерть в течение 7 дней. Вторичные исходы включали летальный исход, ИВЛ, госпитализацию в отделение интенсивной терапии и выписку из больницы к 7-му и 28-му дням. Первичный исход был у 29,0% участников в течение 7 дней. В течение 28 дней к концу периода уровень смертности составил 20,6%, тогда как 50,2% пациентов выписаны. Многофакторный анализ показал, что пожилой возраст, микрососудистые осложнения, лечение инсулином или статинами до госпитализации, наличие одышки и биохимических маркеров, отражающих тяжесть инфекции, были показателями повышенного риска летальности.

Закономерными факторами риска считали наличие у больных ХБП. N.A. Soliman сообщил о поражении почек, связанном с COVID-19 не только у инфицированных пациентов с ХБП, но и у тех, у которых в анамнезе не было заболеваний почек [1]. Вылечившиеся пациенты нуждаются в динамическом наблюдении для своевременного выявления признаков ХБП. Имеет значение анализ факторов риска госпитальной летальности. У подавляющего большинства больных с COVID-19 регистрировались повышенные уровни креатинина и мочевины в сыворотке крови, а также протеинурия и гематурия — более чем у 65 и 41% соответственно. Однако следует отметить, что показатели летальности были значительно выше при наличии ОПП, чем при его отсутствии [21].

Молекулярная диагностика: протеомный и метаболомный анализы

Для своевременной диагностики ОПП необходимо исследование маркеров, свидетельствующих о повреждении при COVID-19. Большинство из них в моче и крови обнаруживаются методом иммуноферментного анализа (ИФА) ELIZA (enzyme-liked immunosorbent assay). Используется и метод масс-спектрометрии (МС), дающий возможность одновременного определения большого количества молекул. Масс-спектрометрия позволяет комплексно проанализировать все маркеры, а ELIZA — определить ограниченное количество. Представителями маркеров острого канальцевого повреждения являются следующие полимеры: цистатин C, липокалин, ассоциированный с желатиназой нейтрофилов (NGAL — neutrophil gelatinase-associated lipocalin), тканевый ингибитор матриксной металлопротеиназы 2 (TIMP-2 — Tissue inhibitor of metalloproteinases 2), молекула повреждения почек 1-го типа (KIM-1 — kidney injury molecule-1), протеин печеночного типа, связывающий желчные кислоты (L-FABP — liver type fatty asid-binding protein), IL-18, инсулиноподобный белок 7-го типа, связывающий фактор роста (insulin-like growth factor binding protein-7 — IGFBP-7), N-ацетил-β-d-глюкозаминидаза (NAG) [22].

Повышение уровня цистатина C в плазме крови свидетельствует о повреждении гломерулярных клеток почек, в моче — о дисфункции проксимальных канальцев [23]. NGAL регулирует дифференцировку эпителиальных клеток канальцев, повышение его уровня в моче указывает на ишемическое и токсическое повреждение почек [24]. TIMP-2 в основном экспрессируется в клубочках и клетках канальцев, участвует в блокировке клеточного цикла G1-фазы [25]. TIMP-2 как маркер клеточного цикла G1-фазы определяется в совокупности с инсулиноподобным белком 7-го типа. KIM-1 — трансмембранный гликопротеин начинает экспрессироваться в клетках проксимальных канальцев при ишемии и токсическом повреждении, является маркером ранней диагностики ОПП. Помимо KIM-1 в моче выявлены повышенные содержания цистеина C, NGAL и TIMP-2, которые у большинства пациентов корригировали с тяжестью ОПП [26, 27]. L-FABP является биомаркером ОПП и ХБП, поскольку экспрессируется в проксимальных канальцах и появляется в моче. NAG (140 kDa) — фермент лизосом, это высокомолекулярный белок, не проникает через клеточную мембрану. Его обнаружение в моче является показателем повреждения канальцев или высвобождения ферментов лизосом [28]. IL-18 — провоспалительный цитокин, обнаруживается в моче при дисфункции проксимальных канальцев и является маркером неблагоприятного исхода болезни [29]. AIM фильтруется и примерно на 99% реабсорбируется в проксимальных канальцах — маркер дисфункции проксимальных канальцев. Транспортирующий железо u-TR-β-глобулин образуется в гепатоците в виде апотрансферритина и является предиктором склероза и атрофии канальцевого эпителия и нарушения клеточной проницаемости [30]. Итак, у пациентов с COVID-19 повышение концентрации МА, AIM, TR, Ig мочи при повышении содержания креатинина и мочевины в крови могут быть использованы для мониторинга функции почек [31].

Метаболом — совокупность низкомолекулярных веществ в клетке (не более 1,5 kDa) может быть информативным для ранней диагностики ОПП при применении МС. У пациентов с COVID-19 эти маркеры менее специфичны, но более чувствительны по сравнению с показателями протеома. Целесообразно их комплексное исследование. Основное внимание уделяется следующим мочевым маркерам: креатинину, мочевой кислоте, асимметричному диметиларгинину (АДМА), АМФ, гипоксантину, инозину [32]. Давно используется клиренс креатинина для оценки функционального состояния почек, однако при ОПП его концентрация в крови изменяется поздно.

Мочевая кислота — конечный продукт распада пуриновых нуклеотидов, фильтруется, снижение ее уровня в моче свидетельствует о нарушении фильтрационной функции. Содержание АДМА как ингибитора экспрессии eNOS в крови повышается при окислительном стрессе и является свидетельством дисфункции эндотелия. При этом развивается дефицит субстрата L-аргинина — основного индуктора экспрессии eNOS [33]. Гипоксия и нефротоксические агенты нарушают деятельность митохондрий, процессы аэробного окисления и функцию дыхательной цепи, что сопровождается дефицитом аденозинтрифосфата (АТФ) и повышением его метаболитов — аденозиндифосфата и аденозинмонофосфата [34]. Метаболиты АТФ путем диффузии покидают клетки проксимальных канальцев и могут быть использованы как маркеры при ОПП.

Заключение

Высокая степень тропизма почечной ткани к Sars-CoV-2 характеризуется большой частотой развития острого повреждения почек у пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом. Поскольку формирование почечной патологии корригирует с показателями госпитальной летальности, особое внимание следует уделять вопросам своевременной диагностики. Короновирус оказывает на структуры нефрона прямое цитотоксическое действие, а также иммунопосредованное, включающее цитокининдуцированный механизм и участие системы комплемента. Однако следует отметить, что в стимулировании и формировании ОПП у пациентов с COVID-19 ведущую роль играет «цитокиновая атака», повышение продукции провоспалительных и ингибирование противовоспалительных регуляторов. Вместе с тем в развитии ОПП участвует нарушение метаболических путей регуляции гемодинамики почек — ренин-ангиотензин-альдостероновой и калликреин-кининовой систем. В связи с этим проведен анализ повреждений в нефроне, ведущее место среди которых занимают проксимальные канальцы почек. Однако вирус не обходит и клубочковый аппарат, отмечается большая частота развития подоцитопатии, а также самих гломерул, развиваются явления очагового гломерулосклероза, коллапсирующей гломерулопатии, гиперкоагуляции и ишемии почки. В настоящее время существующие методы диагностики позволяют выявить наступление острого повреждения почек в далеко зашедшей стадии, когда уже более 50% нефронов бывают нефункциональными. Исследование протеома и метаболома крови и мочи неинвазивными методами диагностики позволит идентифицировать как отдельные маркеры острого повреждения почек, так и молекулярные комплексы. Особым фактором риска является сахарный диабет у больных с нефропатией. Сахарный диабет может быть и следствием COVID-19, в связи чем требуется мониторинг уровня гликемии после перенесенной болезни. Необходимо совершенствовать диагностические методы и продолжать поиск более высокоспецифичных маркеров повреждения почек наряду с существующими для своевременного выявления данной патологии и оценки эффективности проводимой терапии.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — С.Г. Дзугкоев, Ф.С. Дзугкоева; сбор и обработка материала — Ф.С. Дзугкоева, О.И. Маргиева, А.Е. Хубулова; написание текста — Ф.С. Дзугкоева; редактирование — Ф.С. Дзугкоева, О.И. Маргиева.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.