Mikrobiota u pacientů s COVID-19 pro budoucí terapeutické a preventivní přístupy (MICRO-COV)

V prosinci 2019 byly hlášeny případy těžkého zápalu plic v souvislosti s velkoobchodním trhem s mořskými plody Huanan v čínském Wu-chanu. O čtyři měsíce a více než tisíc úmrtí později je odpovědný patogen největší a nejkritičtější globální zdravotní nouze za posledních 100 let známý jako koronavirus těžkého akutního respiračního syndromu 2 (SARS-CoV-2). Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) je charakterizován jako přenosné onemocnění s dlouhou inkubační dobou mezi 7 a 14 dny. Přibližně v 10 % případů je pozorován závažný průběh onemocnění. I když byly popsány predisponující faktory, jako je vyšší věk, chronická arteriální hypertenze, diabetes a další komorbidity, je málo známo o patofyziologickém mechanismu, který vyvolává akutní plicní selhání spojené s často se objevujícím patognomickým poškozením srdce, ledvin a cév. pro smrtelný průběh této nemoci.

Alveolární exsudativní a intersticiální zánět narušující alveolo-kapilární výměnu plynů popsaný v souvislosti s SARS-CoV-2 odpovídá definici syndromu akutní respirační tísně (ARDS). Patofyziologická mechanika tohoto poškození plic byla nejlépe popsána u ARDS vyvolaného bakteriální sepsí a je hlavně indukována extravazací neutrofilních granulocytů z kapilární vaskulatury do plic. Jedním z hlavních mediátorů neutrofilní extravazace je degenerace endoteliální povrchové vrstvy, konkrétně glykokalyx, vyvolaná endotoxinem aktivovaným heparansulfátem. Ztenčení a destrukce glykokalyx odhaluje skryté endoteliální povrchové adhezní molekuly jako VCAM-1 a ICAM-1. Tím zvýšená adheze neutrofilů spojených se zánětlivými cytokiny zprostředkované vytěsněním VE-kadherinu do vnitřku endoteliálních buněk, uvolnění endoteliálních těsných spojení, umožňuje zvýšenou extravazaci neutrofilů a difúzi tekutiny bohaté na proteiny do intersticia. . Takto vytvořené prostředí indukuje aktivaci a degranulaci neutrofilních granulocytů a vyvolává uvolňování toxických mediátorů, které ničí alveolární epitel a produkují další imunocytokiny, indukují bouři cytokinů a zvyšují nábor neutrofilů. Nakonec agregace inaktivovaného plicního surfaktantu edémem bohatým na bílkoviny spojeným s degenerovanými alveolárními epiteliálními buňkami typu 1 a obnaženou bazální membránou alveolů pokrytou hyalinní membránou narušují kapacitu výměny plynů alveolokapilární membrány a zhoršují krev oxygenace a dekarboxylace.

Na rozdíl od bakteriálně indukovaného ARDS se virová agens způsobující ARDS dostávají hlavně do alveolárního epitelu prostřednictvím virového transportu z nosohltanu, z horního do dolního dýchacího traktu. U virových infekcí je poškození plic primárně způsobeno přímou virovou invazí pneumocytů 1. a 2. typu. To způsobuje akumulaci edému bohatého na proteiny dvojím způsobem, a to vyřazením kanálů ENaC, které jsou zodpovědné především za dekongesci alveolární místnosti tvorbou osmotického gradientu, a porušením fyzikálně-chemické bariéry vytvořené pneumocyty. I když je účinek narušení alveolární bariéry prostřednictvím vaskulární endoteliální dysfunkce na rozdíl od bakteriální sepse snížen, s postupující ARDS, endotel i epitel vylučují chemotaktory, které přitahují makrofágy a neutrofily do zanícených plic, což analogicky s bakteriálním ARDS indukuje sekundární poškození plic, jak již bylo popsáno. Nicméně poukazují na přehnaný počáteční kapilární únik ve srovnání s jinými formami ARDS, což silně naznačuje endoteliální dysfunkci jako primární mechanismus.

Poškození endoteliálních buněk lze hodnotit pomocí produktů degradace glykokalyx, jako je syndekan-1, heparan sulfát a VE-kadheriny, a přímou vizualizací vlastností toku červených krvinek v kapilárách pomocí ruční vitální mikroskopie (HVM) využívající techniku ​​mikroskopie v tmavém poli. Nedávné pokroky ve skupině výzkumníků umožnily přesné rozlišení způsobů mikrocirkulačního selhání kvantifikací mikrocirkulační difúzní a konvekční kapacity. Z globálního hlediska byl alveolární únik již dříve kvantifikován pomocí transpulmonální termodiluce. Tyto nástroje poskytují optimální předpoklady pro specifickou detekci (produkty degradace glykokalyx v tekutině z alveolární laváže) a kvantifikaci (transpulmonální termodiluce) poškození endotelových buněk v plicích během ARDS způsobené infekcí SARS-CoV-2. Dále bylo v předběžných zprávách popsáno, že u přibližně 20 % kriticky nemocných pacientů trpících ARDS v důsledku infekce SARS-CoV-2 došlo k rozvoji závažné systémové zánětlivé reakce a oběhového šoku. U těchto pacientů je ústředním zájmem vztah mezi poškozením alveolárních endoteliálních buněk a systémovým poškozením endoteliálních buněk a může být hodnocen současným sublingválním měřením HVM.

Po virově a zánětem zprostředkovaném poškození plic jako počátečním spouštěči ARDS může další zhoršování funkce plic záviset hlavně na superinfekci. Bakteriální a plísňová superinfekce byla popsána jako hlavní odpovědná za morbiditu a mortalitu ve střední až pozdní fázi virového ARDS během podobných pandemií, jako byla španělská chřipka v roce 1918. Při současné epidemii v Číně byla přítomnost bakteriálních a plísňových superinfekcí zjištěna v 10 až 30 %. Zdá se, že superinfekce představuje hlavní rizikový faktor úmrtnosti u pacientů s COVID-19. Ačkoli není jasné, zda má detekce bakteriální a plísňové superinfekce klinický a terapeutický význam, několik autorů obhajuje empirickou léčbu antibiotiky zaměřenou především na S. aureus a S. pneumonia.

Pro hodnocení závažnosti progrese onemocnění je relevantní nejen stratifikace rizika spojeného s bakteriálními a plísňovými superinfekcemi, ale otázkou zůstává, do jaké míry existuje přítomnost nozokomiálního přenosu patogenů během pandemií a je odpovědná za morbiditu a mortalitu v hospitalizovaných pacientů. Opatření k prevenci infekcí, jako jsou standardní a izolační opatření, mají zabránit nozokomiálnímu přenosu patogenů ve zdravotnických zařízeních. Mezi tato opatření patří hygiena rukou, používání osobních ochranných prostředků (OOP) (např. izolační pláště, rukavice, masky, respirátory, ochrana očí) a environmentální opatření – jako je čištění a dezinfekce povrchů a lékařského vybavení a nástrojů. Mobilní zařízení, jako jsou soukromé a profesionální mobilní telefony, však z velké části nejsou těmito směrnicemi řešeny. Tato zařízení mohou hrát důležitou roli v nepřímém kontaktním přenosu. Tedy když se kontaminovaný meziobjekt podílí na přenosu infekčního patogenu mezi dvěma jedinci.

Současné důkazy, i když omezené, prokázaly zvýšenou životaschopnost SARS-CoV-2 na plastech a nerezové oceli, materiálech často používaných na mobilních zařízeních a ochranných krytech, až na 72 hodin. Přestože nesprávná hygiena rukou, nedostatek osobních ochranných pomůcek a další hygienické rutinní chyby jsou nejzřetelnějšími přenašeči nozokomiálních patogenů, bylo zjištěno, že mobilní telefony a jiná ruční zařízení nejsou dostatečně dezinfikována, což umožňuje kolonizaci patogenů, z nichž nejvíce je S. aureus časté. To je ztíženo skutečností, že poskytovatelé zdravotní péče se dotýkali mobilních předmětů, včetně mobilních telefonů, v průměru jednou za 6,9 sekund a vlastního těla nebo obličeje každých 40 sekund. To bylo doprovázeno extrémně nízkým dodržováním protokolů hygieny rukou před kolonizací a infekcí. Tato zjištění podtrhují potenciál mobilních zařízení působit jako vektory přenosu patogenů jak na pacienty, tak na poskytovatele zdravotní péče.

V boji proti virovým infekcím rozpoznává vrozená imunitní obrana virovou infekci hlavně prostřednictvím vazby patogenem asociovaných molekulárních vzorů (PAMP) na patogeny rozpoznávající receptory (PRR). Expresní kaskáda indukovaná těmito receptorovými vazbami stimuluje dráhu interferonu (IFN) typu I a III. Nábor zánětlivé osy monocyt-makrofág-neutrofil cestou IFN I je zásadní v boji proti většině virových infekcí. Nicméně viry, jako je virus chřipky A, jsou schopny vyhnout se vzniku IFN typu I a III tím, že přesunou svůj replikační aparát do buněčného jádra, čímž se vyhnou cytoplazmaticky lokalizovaným PRR nebo inaktivují interferonové mRNA prostřednictvím proteinů. Dráha IFN I může u těchto virů působit dvojnásobně; na jedné straně může zprostředkovat prvotní účinek proti viru, který snižuje maximální dosažené titry, na druhé straně však za určitých okolností může patologicky overexpress vyvolávat bouři cytokinů a zvyšovat poškození plicního parenchymu.

SARS-CoV a SARS-CoV-2 jsou RNA viry s pozitivním řetězcem, které pronikají buněčnou stěnou infikovaných buněk endocytózou zprostředkovanou receptorem ACE-2. Nástup exprese dráhy IFN I může být spojen se silnější aktivací dráhy IFN II a indukcí prozánětlivé cytokinové bouře a následně závažnější dysregulací zánětlivého systému monocytů a makrofágů a stupněm imunopatologického poškození plic. O patofyziologické mechanice tohoto nového SARS-CoV-2 indukovaného ARDS a systémových dysregulacích, které vyvolává, lze pouze spekulovat na základě jeho předchůdce SARS-CoV a k odvození optimální léčby jsou zoufale potřeba poznatky objasňující neobvyklý klinický obraz nového onemocnění. přístup.

Stručně řečeno, mechanismy závažnosti onemocnění u kriticky nemocných SARS-CoV-2 ARDS jsou rozmanité, od dysregulované zánětlivé reakce přes přítomnost bakteriálních a plísňových superinfekcí až po důležitost nozokomiálního přenosu jako klíčového cíleného prvku v každodenním životě. - denní péče o pacienty. Pouze globální posouzení všech aspektů, které mohou být zodpovědné za závažnost progrese onemocnění u pacientů s COVID-19, může mít za cíl objasnit základní výmysl.

Cíle projektu Zastřešujícím cílem tohoto výzkumu je získat patofyziologické porozumění pro zlepšení morbidity a mortality u ARDS v důsledku infekce SARS-CoV-2. Tento výzkum se tedy zaměřuje na zánět, mikrocirkulační dysfunkci a superinfekci s cílem objasnit rizikové faktory pro rozvoj závažného ARDS u pacientů infikovaných SARS-CoV-2 a přispět k odůvodnění terapeutických strategií.

Jednotlivé pracovní hypotézy jsou:

1. Předpokládá se, že primární poškození plic u SARS-CoV-2 ARDS je zprostředkováno přehnanou prozánětlivou odpovědí, která způsobuje primární endoteliální dysfunkci a následně působí dvojnásobně na degradaci plicního parenchymu prostřednictvím primární cytokinové odpovědi. a prostřednictvím náboru osy zánět-monocyt-lymfocyt-neutrofil. Výrazný zánět a primární poškození plic narušují plicní mikrobiom, což vede sekundárně k plicním superinfekcím.
2. Plicní bakteriální superinfekce (tj. S. pneumoniae, S. aureus, P. aeruginosa a další) jsou významnou příčinou morbidity a mortality pacientů s COVID-19. Kolonizace patogenů v horních cestách dýchacích je předpokladem a hlavním rizikovým faktorem infekcí dolních cest dýchacích. Aby došlo ke kolonizaci, musí patogeny interagovat s místní mikroflórou (a.k.a. mikrobiom) a určité profily mikrobiomů budou odolnější vůči invazi patogenů.
3. Ruční zařízení používaná v klinické praxi jsou přenašečem jak SARS-CoV-2, tak bakterií způsobujících nozokomiální pneumonii, což z nich činí potenciální rezervoár pro nepřímý kontaktní přenos. Cílený zásah prevence infekce může snížit tuto kontaminaci a tím snížit riziko nozokomiálního přenosu.