Mikrobiota COVID-19-potilailla tulevia terapeuttisia ja ennaltaehkäiseviä lähestymistapoja varten (MICRO-COV)

Joulukuussa 2019 ilmoitettiin vakavia keuhkokuumetapauksia liittyen Huanan Seafood Wholesale Marketiin Wuhanissa Kiinassa. Neljä kuukautta ja yli tuhat kuolemantapausta myöhemmin viimeisen 100 vuoden suurimman ja kriittisimmän maailmanlaajuisen terveyshätätilanteen aiheuttaja tunnetaan nimellä vakava akuutti hengitystieoireyhtymä koronavirus 2 (SARS-CoV-2). Koronavirustauti 2019 (COVID-19) on luonnehdittu tarttuvaksi taudiksi, jonka itämisaika on pitkä, 7–14 päivää. Noin 10 %:ssa tapauksista havaitaan vakava sairaus. Vaikka altistavia tekijöitä, kuten ikää, kroonista verenpainetautia, diabetesta ja muita liitännäissairauksia on kuvattu, tiedetään vain vähän patofysiologisesta mekanismista, joka aiheuttaa akuutin keuhkojen vajaatoiminnan, joka liittyy usein esiintyvään sydämen, munuaisten ja verisuonivaurioiden patognomoniseen vammaan. tämän taudin tappavan kulun vuoksi.

SARS-CoV-2:n yhteydessä kuvattu alveolaarinen eksudatiivinen ja interstitiaalinen tulehdus, joka heikentää alveolo-kapillaarikaasunvaihtoa, on akuutin hengitysvaikeusoireyhtymän (ARDS) määritelmän mukainen. Tämän keuhkovaurion taustalla oleva patofysiologinen mekaniikka on kuvattu parhaiten bakteeriperäisen sepsiksen aiheuttamassa ARDS:ssa, ja ne aiheutuvat pääasiassa neutrofiilien granulosyyttien ekstravasaatiosta kapillaariverisuonista keuhkoihin. Yksi neutrofiilien ekstravasaation tärkeimmistä välittäjistä on endoteelin pintakerroksen, nimittäin glykokalyksin, degeneraatio, jonka aiheuttaa endotoksiinilla aktivoitu heparaanisulfaatti. Glykokaliksin oheneminen ja rakenteen tuhoutuminen paljastaa piilotettavia endoteelin pintaadheesiomolekyylejä, kuten VCAM-1 ja ICAM-1. Siten lisääntynyt neutrofiilien adheesio, joka liittyy tulehdukselliseen sytokiinivälitteiseen VE-kadheriinin siirtymiseen endoteelisolujen sisäpuolelle, mikä löysää endoteelin tiiviitä liitoksia, mahdollistaa neutrofiilien lisääntyneen ekstravasaation ja proteiinipitoisen nesteen diffuusion interstitiumiin. . Näin luotu miljöö indusoi neutrofiilien granulosyyttien aktivaatiota ja degranulaatiota ja provosoi myrkyllisten välittäjien vapautumisen, jotka tuhoavat keuhkorakkuloiden epiteelin ja tuottavat lisää immunosytokiineja, aiheuttavat sytokiinimyrskyn ja lisäävät neutrofiilien lisääntymistä. Lopulta inaktivoidun keuhkojen pinta-aktiivisen aineen aggregoituminen proteiinipitoisen turvotuksen vaikutuksesta, joka liittyy rappeutuneiden tyypin 1 alveolaaristen epiteelisolujen ja hyaliinikalvon peittämän, denuded alveolaarisen tyvikalvon kanssa, häiritsee keuhkorakkuloiden kapillaarikalvon kaasunvaihtokapasiteettia, mikä heikentää verta. hapetus ja dekarboksylaatio.

Toisin kuin bakteerien aiheuttama ARDS, ARDS:ää aiheuttavat virusaineet saavuttavat pääasiassa keuhkorakkuloiden epiteelin viruksen kuljetuksen kautta nenänielusta, ylemmistä hengitysteistä alempiin hengitysteihin. Virusinfektioissa keuhkovaurio johtuu ensisijaisesti tyypin 1 ja 2 pneumosyyttien suorasta virusinvaasiosta. Tämä aiheuttaa proteiinipitoisen turvotuksen kertymisen kaksinkertaisella tavalla estämällä ENaC-kanavat, jotka ovat pääasiassa vastuussa keuhkorakkuloiden tukkeutumisesta osmoottisen gradientin luomisen kautta, ja rikkomalla pneumosyyttien muodostaman fysikaalis-kemiallisen esteen. Vaikka verisuonten endoteelin toimintahäiriön aiheuttaman alveolaarisen esteen hajoamisen vaikutus vähenee toisin kuin bakteerisepsis, ARDS:n edetessä sekä endoteeli että epiteeli erittävät kemotaktoreita houkutellakseen makrofageja ja neutrofiilejä tulehtuneeseen keuhkoihin, mikä analogisesti bakteeriperäisen ARDS:n indusoimiseksi sekundaarinen keuhkovaurio, kuten jo on kuvattu. Osoita kuitenkin liioiteltua alkuperäistä kapillaarivuotoa verrattuna muihin ARDS-muotoihin, mikä viittaa vahvasti endoteelin toimintahäiriöön ensisijaisena mekanismina.

Endoteelisolujen vaurioita voidaan arvioida käyttämällä sekä glykokalyyksin hajoamistuotteita, kuten syndekaani-1:tä, heparaanisulfaattia ja VE-kadheriineja, ja suoraa visualisointia punasolujen virtausominaisuuksista kapillaareissa kädessä pidettävällä vitaalimikroskopialla (HVM) käyttämällä pimeän kentän mikroskopiatekniikkaa. Viimeaikaiset edistysaskeleet tutkijaryhmässä ovat mahdollistaneet mikroverenkierron häiriötilojen tarkan erottamisen kvantitatiivisesti mikroverenkierron diffuusio- ja konvektiokapasiteetin avulla. Globaalista näkökulmasta alveolaarinen vuoto on aiemmin kvantifioitu käyttämällä transpulmonaarista lämpölaimennusta. Nämä työkalut tarjoavat optimaaliset edellytykset havaita spesifisesti (glykokalyyksin hajoamistuotteet alveolaarisessa huuhtelunesteessä) ja kvantifioida (transpulmonaalinen lämpölaimennus) endoteelisoluvaurioita keuhkoissa SARS-CoV-2-infektion aiheuttaman ARDS:n aikana. Lisäksi noin 20 %:lla kriittisesti sairaista potilaista, jotka kärsivät SARS-CoV-2-infektiosta johtuvasta ARDS:stä, on alustavissa raporteissa kuvattu vakavan systeemisen tulehdusvasteen ja verenkiertohäiriön kehittyvän. Näillä potilailla alveolaaristen endoteelisoluvaurioiden ja systeemisten endoteelisoluvaurioiden välinen suhde on keskeinen, ja se voidaan arvioida samanaikaisella sublingvaalisella HVM-mittauksella.

Sen jälkeen, kun virus- ja tulehdusvälitteinen keuhkovaurio oli ARDS:n alkulaukaisija, keuhkojen toiminnan heikkeneminen edelleen voi riippua pääasiassa superinfektiosta. Bakteeri- ja sieni-superinfektion on kuvattu pääasiallisesti aiheuttavan sairastuvuutta ja kuolleisuutta keski- tai myöhäisen vaiheen viruksen ARDS:ssä samanlaisten pandemioiden aikana, kuten espanjatauti vuonna 1918. Nykyisessä Kiinan epidemiassa bakteeri- ja sieni-superinfektioita havaittiin 10–30 prosentilla. Superinfektio näytti olevan merkittävä kuolleisuuden riskitekijä COVID-19-potilailla. Vaikka on epäselvää, onko bakteeri- ja sieni-superinfektion havaitsemisella kliinistä ja terapeuttista merkitystä, useat kirjoittajat kannattavat empiiristä antibioottihoitoa, joka kohdistuu pääasiassa S. aureukseen ja S. pneumoniaan.

Sen lisäksi, että bakteeri- ja sieni-superinfektioihin liittyvien riskien kerrostuminen on merkityksellistä taudin etenemisen vakavuuden arvioinnissa, on vielä arvioitava kysymys, missä määrin sairaalapatogeenien leviäminen pandemioiden aikana on olemassa ja mikä on vastuussa sairastumisesta ja kuolleisuudesta sairaalahoidossa olevia potilaita. Infektioiden ehkäisytoimenpiteet, kuten vakio- ja eristystoimenpiteet, on tarkoitettu estämään patogeenien leviäminen sairaalassa terveydenhuollon tiloissa. Näitä toimenpiteitä ovat käsihygienia, henkilönsuojainten käyttö (esim. eristystakit, käsineet, naamarit, hengityssuojaimet, silmiensuojaimet) ja ympäristötoimenpiteet - kuten pintojen ja lääketieteellisten laitteiden ja instrumenttien puhdistus ja desinfiointi. Silti mobiililaitteet, kuten yksityiset ja ammattimaiset matkapuhelimet, ovat suurelta osin jääneet tällaisista ohjeista huomiotta. Näillä laitteilla voi olla tärkeä rooli epäsuorassa kosketussiirrossa. Eli kun kontaminoitunut väliobjekti on mukana tarttuvan patogeenin siirtymisessä kahden yksilön välillä.

Nykyiset todisteet, vaikkakin rajalliset, ovat osoittaneet, että SARS-CoV-2:n elinkelpoisuus muovilla ja ruostumattomalla teräksellä, joita käytetään usein mobiililaitteissa ja suojakuorissa, on jopa 72 tuntia. Vaikka väärä käsihygienia, henkilösuojainten puute ja muut hygieniavirheet ovat ilmeisimpiä sairaalapatogeenien leviäjiä, matkapuhelimien ja muiden kädessä pidettävien laitteiden on todettu olevan riittämättömästi desinfioitu, mikä mahdollistaa taudinaiheuttajien kolonisaation, joista S. aureus on suurin. usein. Tätä pahentaa se, että terveydenhuollon tarjoajat koskettivat mobiiliesineitä, mukaan lukien matkapuhelimia, keskimäärin kerran 6,9 sekunnissa ja omaa kehoaan tai kasvojaan 40 sekunnin välein. Tähän liittyi erittäin alhainen käsihygieniakäytäntöjen noudattaminen ennen kolonisaatiota ja infektiotapahtumia. Nämä havainnot korostavat mobiililaitteiden potentiaalia toimia patogeenien levittäjinä sekä potilaille että terveydenhuollon tarjoajille.

Virusinfektioita torjuttaessa luontainen immuunipuolustus tunnistaa virusinfektion pääasiassa sitoutumalla patogeeneihin liittyvien molekyylimallien (PAMP) kanssa patogeenin tunnistusreseptoreihin (PRR). Näiden reseptorisitoutumisten indusoima ilmentymiskaskadi stimuloi interferonin (IFN) tyypin I ja III reittiä. Tulehduksellisen monosyytti-makrofagi-neutrofiili-akselin värvääminen IFN I -reitin kautta on olennaista useimpia virusinfektioita vastaan. Siitä huolimatta virukset, kuten influenssa A -virus, pystyvät välttämään IFN-tyypin I ja III alkamisen siirtämällä replikaatiokoneistonsa solun tumaan siten välttäen sytoplasmassa sijaitsevat PRR:t tai inaktivoimalla interferoni-mRNA:t proteiinien kautta. IFN I -reitti voi toimia näissä viruksissa kaksinkertaisesti; toisaalta se voi välittää alkuvaikutusta virusta vastaan ​​alentaen maksimaalisia saavutettuja tiittereitä, toisaalta se voi tietyissä olosuhteissa kuitenkin yli-ilmentyä patologisesti aiheuttaen sytokiinimyrskyn ja lisäämällä keuhkojen parenkyymin vaurioita.

SARS-CoV ja SARS-CoV-2 ovat positiivisen juosteen RNA-viruksia, jotka tunkeutuvat infektoituneiden solujen soluseinän läpi ACE-2-reseptorivälitteisen endosytoosin kautta. IFN I -reitin ilmentymisen alkaminen voi liittyä voimakkaampaan IFN II -reitin aktivaatioon ja tulehdusta edistävään sytokiinimyrskyn induktioon ja sen seurauksena tulehduksellisen monosyytti-makrofagijärjestelmän vakavampaan säätelyhäiriöön ja keuhkojen immunopatologisen vaurion asteeseen. Tämän uuden SARS-CoV-2:n aiheuttaman ARDS:n ja sen aiheuttamien systeemisten säätelyhäiriöiden patofysiologista mekaniikkaa voidaan vain spekuloida sen edeltäjän SARS-CoV-taudin perusteella, ja uuden taudin epätavallisen kliinisen esityksen selventäviä oivalluksia tarvitaan kipeästi optimaalisen hoidon saamiseksi. lähestyä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kriittisesti sairaiden SARS-CoV-2 ARDS:ien taudin vakavuuden mekanismit ovat moninaiset, vaihtelevat säätelemättömästä tulehdusvasteesta bakteeri- ja sieni-superinfektioiden esiintymiseen ja sairaalan leviämisen tärkeyteen keskeisenä kohdennettavana elementtinä päivästä toiseen. - päivähoito. Vain globaali arvio kaikista COVID-19-potilaiden taudin etenemisen vakavuudesta mahdollisesti vastuussa olevista puolista voi pyrkiä selventämään taustalla olevaa sekoitusta.

Projektin tavoitteet Tämän tutkimuksen päätavoitteena on saada patofysiologinen ymmärrys SARS-CoV-2-infektion aiheuttaman ARDS:n sairastuvuuden ja kuolleisuuden parantamiseksi. Tämä tutkimus keskittyy siten tulehdukseen, mikroverenkiertohäiriöihin ja superinfektioihin, ja sen tavoitteena on selvittää SARS-CoV-2-tartunnan saaneiden potilaiden vakavien ARDS:n kehittymisen riskitekijöitä ja edistää terapeuttisten strategioiden perusteita.

Yksittäiset työhypoteesit ovat:

1. SARS-CoV-2 ARDS:n ensisijaisen keuhkovaurion uskotaan johtuvan liioitellusta pro-inflammatorisesta vasteesta, joka aiheuttaa ensisijaisen endoteelin toimintahäiriön ja vaikuttaa sen jälkeen kaksinkertaisesti keuhkojen parenkyymin hajoamiseen primaarisen sytokiinivasteen kautta. ja rekrytoimalla tulehduksellinen-monosyytti-lymfosyytti-neutrofiili-akseli. Selvä tulehdus ja primaarinen keuhkojen vaurio häiritsevät keuhkojen mikrobiomia, mikä johtaa toissijaisesti keuhkojen superinfektioihin.
2. Keuhkojen bakteerisuperinfektiot (eli S. pneumoniae, S. aureus, P. aeruginosa ja muut) ovat merkittävä COVID-19-potilaiden sairastuvuuden ja kuolleisuuden syy. Patogeenien kolonisaatio ylemmissä hengitysteissä on edellytys ja tärkein riskitekijä alahengitystieinfektioille. Kolonisoitumisen aikaansaamiseksi patogeenien on oltava vuorovaikutuksessa paikallisen mikrobiston kanssa (alias. mikrobiomi) ja tietyt mikrobiomiprofiilit ovat vastustuskykyisempiä patogeenien tunkeutumiselle.
3. Kliinisessä rutiinissa käytettävät kädessä pidettävät laitteet kantavat sekä SARS-CoV-2:ta että sairaalakeuhkokuumetta aiheuttavia bakteereja, mikä tekee niistä mahdollisen välillisen tartuntalähteen. Kohdennettu infektioiden ehkäisytoimenpide voi vähentää tätä kontaminaatiota ja vähentää siten sairaalatartuntojen riskiä.