Pathomorphological pattern and features of pathogenesis of new coronavirus infection COVID-19


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Pathomorphological specificity and specificity of the study of clinical manifestations, development of methods of treatment and prevention against coronavirus infection 2019 (COronaVIrus Disease 2019 - COVID-19) are limited up-to-date information on structural changes in internal organs affected by the virus. Understanding the structure of the virus, the factors that contribute to its progression and spread, pathological findings, diagnosis and treatment methods are essential for effective control of viral diseases. This not only allows for a better understanding of the disease itself, but also for the development of more accurate diagnostic and treatment methods, thus helping to prevent the further spread of the infection among the population. This is especially important in the case of deadly infections such as COVID-19. Target. Analyze the autopsy material described in a number of literature from COVID-19 coronavirus infection confirmed by PCR. Literary sources are represented by articles written by employees of the Department of Pathological Anatomy of the FSBEI HE DonSMU of MOH of Russia, atlas of pathological anatomy COVID-19, as well as domestic and foreign articles published mainly during the last 5 years. Materials and methods. Microscopic morphological changes in the structure of drugs of lungs, liver, kidneys, skin were evaluated. A pathogenetic chain explaining the severity of the clinical pattern of lesions of the respiratory epithelium in relation to the upper respiratory tract epithelium has been identified; respiratory and non-respiratory clinical manifestations of COVID-19 have been listed. A literature review of the pathomorphological picture of COVID-19 found the presence at the histological level and described diffuse alveolar tissue damage (DAP) of the lung with exudative and proliferative phases of the infection. Findings. COVID-19 affects various organs such as heart (cardiac virus, pericytic and vascular endothelium), kidney (CoV clusters in tubular epithelium and podocytes), gastrointestinal tract organs (endothelial virus infection, vasculitis of the subsylysis base vessels), mainly due to the effects of hypoxemia and cytokine storm.

Full Text

Введение. Пандемии коронавируса, объявленной 11.03.2020 г. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), предшествовала вспышка заболеваемости пневмонией неизвестной этиологии в Ухане (Китай), зарегистрированная 31.12.2019 года.

Согласно данным ВОЗ, по состоянию на 02.07.2020 года уровень смертности от COVID-19 составлял 4,86% в мире. Знания патоморфологической картины и особенностей патогенеза инфекции COVID-19 имеют важное значение, поскольку это облегчает проведение этиологической, патогенетической и симптоматической терапии у пациентов. Распространенность COVID-19, высокий уровень смертности от данного заболевания говорит о необходимости усовершенствования проведения вскрытий и изучения послеоперационного материала.

Установлено, что этиологическим агентом COVID-19 является ряд штаммов РНК-содержащего коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 – SARS-CoV-2), относящегося к семейству Coronoviridae.

Цель работы. Изучить результаты аутопсий у лиц, умерших от COVID-19 и подтвержденных полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Источники включают статьи от сотрудников кафедры патологической анатомии ФБГОУ ВО ДонГМУ Минздрава России, атлас патологической анатомии COVID-19, а также статьи из отечественных и зарубежных источников, опубликованные в основном за последние 5 лет.

Материалы и методы исследования. Исследованы микроскопические изменения в легких, печени, почках и коже у пациентов с COVID-19. Выявлена патогенетическая последовательность, объясняющая выраженность клинических симптомов поражения респираторного эпителия по сравнению с эпителием верхних дыхательных путей. Приведены респираторные и нереспираторные клинические проявления COVID-19. Литературный обзор патоморфологии COVID-19 выявил диффузное альвеолярное повреждение (ДАП) легочной ткани с экссудативной и пролиферативной фазами.

   Результаты исследования. SARS-CoV-2 способен проникать в организм человека воздушно-капельным, контактным, фекально-оральным [1] путями передачи.

После адгезии вириона на мембране клеток респираторного эпителия вирусная частица взаимодействует на начальном этапе патогенеза с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2), ACE2 [2]. Поверхностный гликопротеин Spike связывается с рецептором клетки-хозяина, опосредуя проникновение вирусной частицы в клетку посредством эндоцитоза. Первичная репродукция вируса происходит в цитоплазме эпителиальных клеток верхних дыхательных путей, после чего наступает стадия виремии. По данным авторских исследований [1] SARS-CoV-2 также обладает тропностью к тестикулярной ткани, что в последующем может приводить к нарушениям репродуктивной функции организма.

SARS-CoV-2 обладает большим сродством (в 10-20 раз), чем SARS-CoV, к ACE2 [3], рецепторы к которому в наибольшей степени сконцентрированы на альвеолоцитах II типа. Данный факт объясняет возникновение выраженной клинической картины поражения альвеолярного эпителия по сравнению с поражением эпителия верхних дыхательных путей.

Поражая на следующем этапе патогенеза нижние дыхательные пути, SARS-CoV-2 активирует ядерный фактор NF-кВ с помощью оболочечного белка Е вируса, вызывая иммунный ответ организма, в частности высвобождение провоспалительных факторов. Повышению проницаемости сосудов легких, развитию отека легких, функциональному поражению ренин-ангиотензин-альдостероновой системы способствует блокада рецепторов ACE2 [1]. Гибель клеток-мишеней вируса запускает механизмы образования в межальвеолярных пространствах гиалиновых мембран с возможным развитием пневмонии. Данные процессы могут способствовать развитию цитокинового шторма, а так же острого респираторного дистресс-синдрома (ОРСД) [4]. По данным авторов [5] в качестве патогенетических аспектов, приводящих к осложнениям, являлись также присоединение вторичной инфекции, острое поражение сердца, нарушение микроциркуляции.

Клиника. Инкубационный период заболевания COVID-19 в среднем составляет 5,1 дня, с диапазоном от 2 до 14 дней [3].

Клинические проявления заболевания характеризуются лихорадкой, непродуктивным или содержащим небольшое количество мокроты кашлем, одышкой. Примерно 15% пациентов также может испытывать нереспираторные симптомы, такие как сердцебиение, головная боль, миалгии, водянистый понос, общая утомляемость организма, редко слезотечение, кровохарканье, боль в животе, тошнота и рвота, предшествующие респираторным симптомам [5].

Рентгенологически при компьютерной томографии (КТ) на снимке органов грудной полости (ОГП) вследствие пневмонии при COVID-19 на легких обнаруживаются зоны «матового стекла».

Тяжелая форма заболевания, которая наблюдается примерно в 15% случаев, может проявляться симптомами, такими как одышка, повышенная частота дыхания (более 30 вдохов в минуту) и низкий уровень насыщения кислорода в крови (SpO2) (менее 93%) и / или наличием легочных инфильтратов на рентгенограмме или КТ легких. При этом инфильтраты в первые 24-48 часов занимают более половины паренхимы легкого.

Пациенты с тяжелой формой заболевания COVID-19 часто имеют факторы риска, такие как артериальная гипертензия, сахарный диабет, хронические заболевания сердца, легких, печени или почек, рак, недостаточность клеточного звена иммунитета, ожирение, курение, пожилой возраст. Данные факторы могут увеличить риск развития тяжелой формы болезни в случае инфицирования вирусом [5].

Так же по данным авторов [6] у ряда пациентов отмечались расстройства желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) – потеря аппетита, диарея, тошнота, рвота, боли в животе. Данная особенность клинического течения связана с экспрессией ACE2 в эпителиальных клетках органов ЖКТ и печени, что определяет прямой повреждающий потенциал SARS-CoV-2. Повреждение печени у пациентов с COVID-19 обусловлено повышением уровней аспартатаминотрасферазы (АСТ), аланинаминотрасферазы (АЛТ), развитием гипоальбуминемии [6]. В авторских исследованиях [25] из 132 пациентов с COVID-19 (72 мужчины (54,5%), 60 женщин (45,5%), средний возраст пациентов составил 62 года) у большинства определялось повреждение печени с повышенным показателем АЛТ и / или АСТ в пределах 40-80 Ед / л. Согласно патологоанатомическому заключению первого случая COVID-19, в печени обнаружены воспалительные процессы в области печеночной дольки [7]. При посмертном гистологическом исследовании печени авторы [6] обнаружили синусоидальную дилатацию с усиленной лимфоидной инфильтрацией портальных трактов, перипортальный и очаговый центролобулярный некроз печени, в одном исследуемом материале – микровезикулярный стеатоз печени. Данные гистологические изменения соответствуют данным авторов [4], которые так же обнаружили обширные некрозы ткани печени преимущественного гипоксического характера, установили очаговые кровоизлияния, жировую дистрофию печени различной степени выраженности.

Исследования, проведенные Puelles et al. [8], выявили патологические изменения в почках у пациентов с COVID-19. Острое повреждение почечных канальцев было главным гистологическим признаком и включало в себя расширение просвета канальцев, утрату щеточной каймы, уплощение эпителия канальцев и интерстициальный отек. При использовании электронной микроскопии (ЭМ) обнаружено, что в эпителии канальцев и подоцитах наблюдались скопления коронавирусов. Другие исследования, проведенные Menter и его коллегами [9], также показали морфологические признаки диссеминированного внутрисосудистого свертывания с образованием мелких фибриновых тромбов в капиллярах клубочков у нескольких пациентов.

Результаты биопсии кожи у пациентов с COVID-19 свидетельствуют о наличии поверхностного периваскулярного дерматита с легким лимфоцитарным экзоцитозом и образованием тромбов в мелких сосудах дермы [10]. Эти изменения могут быть связаны с вирусной экзантемой, вызванной цитокиновым штормом. Экзантема представляет собой сыпь на коже, которая может быть одним из проявлений системной реакции организма на вирус и включать в себя различные дерматологические изменения.

Патоморфология. Гистологические изменения легких характеризуются двумя фазами диффузного альвеолярного повреждения (ДАП) – экссудативной и пролиферативной. Первой (экссудативной, ранней) фазе (первые 8-14 (реже) суток от начала заболевания) соответствуют интраальвеолярный отек, содержащий в отечной жидкости десквамированные альвеолоциты, лимфоциты, плазмоциты, эритроциты (могут быть представлены единичными гемолизированными либо скоплением большого количества эритроцитов), моноциты, макрофаги и нейтрофилы; образование гиалиновых мембран; оголение базальных мембран. Характерно изменение формы и объема, пролиферация альвеолоцитов II типа с образованием симпластов; инфильтрация и выраженное полнокровие (со сладжами, стазами, гиалиновыми, тромбоцитарными тромбами) капилляров межальвеолярных перегородок. Данная фаза сопровождалась «мегакариоцитарной эмболией» капилляров межальвеолярных перегородок, что характерно для «шоковых легких» любой этиологии.

Во вторую (пролиферативную, позднюю) фазу ДАП (после 8 суток от начала заболевания в просветах альвеол появляется фибрин разной степени зрелости и плотности, а так же рыхлая волокнистая соединительная ткань (РВСТ) с гиперплазированными альвеолоцитами II типа. Наблюдается выраженное воспаление интерстициальной ткани, утолщение и отек межальвеолярных перегородок. Вследствие явлений микроангиопатии и усиленного тромбообразования в сосудах микроциркуляторного русла (МЦР) возможно развитие гиперплазии эндотелиоцитов, неоангиогенез. Таким образом значительные изменения ангиоархитектоники и снижение функционирования легких в экссудативную фазу ДАП коррелирует с искажением васкуляризации, повреждением альвеолоцитов, межальвеолярных перегородок легких.

Заключение. Пандемия COVID-19 вызвала глобальную тревожность, распространяясь по всему миру. Она привела к значительно большему числу случаев инфицирования и смертей по сравнению с вспышками SARS и MERS. Пневмония, вызванная COVID-19 характеризуется диффузными альвеолярными повреждениями с наличием гиалиновых мембран и включений и морфологически обусловлена диффузным альвеолярным повреждением (ДАП) и соответствуют двум фазам ДАП – экссудативной и пролиферативной. Группы риска включают пожилых людей и тех, у кого иммунитет ослаблен, так как они подвержены повышенной угрозе смертельных исходов. Быстрое распространение болезни подталкивает к проведению интенсивных расследований и применению карантинных мер для предотвращения дальнейшей передачи вируса. Высокая степень передачи вируса, недостаток медицинского персонала и проблемы в области биобезопасности представляют собой основные факторы, которые ограничивают проведение патологоанатомических вскрытий в связи с COVID-19 [2]. Вследствие этого в литературе доступны ограниченные данные патологоанатомических вскрытий. Современные подходы к лечению сосредотачиваются на симптоматической терапии и использовании оксигенотерапии в случаях с тяжелыми симптомами. Вакцинация стала неотъемлемой частью мер по предотвращению эпидемии или пандемии, связанных с COVID-19.

×

About the authors

Maria Vadimovna Parakhina

M. Gorky Donetsk State Medical University

Email: mariaparakhina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-5227-451X

4th year student of medical faculty of DoNMSU named after M. Gorky

Russian Federation, 283003, DPR, с. Donetsk, pr. Ilyich, 16.

Artur Andreevich Rusika

M. Gorky Donetsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: rusikaartur@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-0468-2542

Assistant of the Department of Pathological Anatomy of DonSMU

Russian Federation, 283003, DPR, с. Donetsk, pr. Ilyich, 16.

References

  1. Jin Y, Yang H, Ji W, et al. Virology, Epidemiology, Pathogenesis, and Control of COVID-19. Viruses. 2020;12(4):372. Published 2020 Mar 27. doi: 10.3390/v12040372
  2. Letko M, Marzi A, Munster V. Functional assessment of cell entry and receptor usage for SARS-CoV-2 and other lineage B betacoronaviruses. Nat Microbiol. 2020;5(4):562-569. doi: 10.1038/s41564-020-0688-y
  3. Греков, И. С. Клинико-эпидемиологические особенности коронавирусной инфекции (COVID-19) у детей(обзор литературы) / И. С. Греков, А. В. Налетов // Медико-социальные проблемы семьи. – 2020. – Т. 25, № 3. – С. 75-82. – EDN RQZVVQ.
  4. Патоморфология новой коронавирусной инфекции COVID-19 / О. А. Лобанова, Д. С. Трусова, Е. Е. Руденко [и др.] // Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. – 2020. – Т. 35, № 3. – С. 47-52. – doi: 10.29001/2073-8552-2020-35-3-47-52. – EDN OCEKSS.
  5. Huang C, Wang Y, Li X, et al. Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China [published correction appears in Lancet. 2020 Jan 30;:]. Lancet. 2020;395(10223):497-506. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30183-5
  6. Su S, Shen J, Zhu L, et al. Involvement of digestive system in COVID-19: manifestations, pathology, management and challenges. Therap Adv Gastroenterol. 2020;13:1756284820934626. Published 2020 Jun 18. doi: 10.1177/1756284820934626
  7. Xu Z, Shi L, Wang Y, et al. Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome [published correction appears in Lancet Respir Med. 2020 Feb 25;:]. Lancet Respir Med. 2020;8(4):420-422. doi: 10.1016/S2213-2600(20)30076-X
  8. Wang L, Wang Y, Ye D, Liu Q. Review of the 2019 novel coronavirus (SARS-CoV-2) based on current evidence [published correction appears in Int J Antimicrob Agents. 2020 Sep;56(3):106137]. Int J Antimicrob Agents. 2020;55(6):105948. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2020.105948
  9. Sawicki SG, Sawicki DL. Coronavirus transcription: a perspective. Curr Top Microbiol Immunol. 2005;287:31-55. doi: 10.1007/3-540-26765-4_2
  10. Греков, И. С. Поражение сердечно-сосудистой системы в условиях новой коронавирусной инфекции (COVID-19) / И. С. Греков, М. В. Грушина // Крымский терапевтический журнал. – 2020. – № 4. – С. 38-43. – EDN DRNDEK.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies