Микробиота у пациентов с COVID-19 для будущих терапевтических и профилактических подходов (MICRO-COV)

В декабре 2019 года были зарегистрированы случаи тяжелой пневмонии на оптовом рынке морепродуктов Хуанань в Ухане, Китай. Четыре месяца спустя и более тысячи смертей спустя возбудитель крупнейшей и наиболее критической глобальной чрезвычайной ситуации в области здравоохранения за последние 100 лет известен как коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2). Коронавирусная болезнь 2019 года (COVID-19) характеризуется как трансмиссивное заболевание с длительным инкубационным периодом от 7 до 14 дней. Примерно в 10% случаев наблюдается тяжелое течение заболевания. В то время как были описаны предрасполагающие факторы, такие как пожилой возраст, хроническая артериальная гипертензия, диабет, а также другие сопутствующие заболевания, мало что известно о патофизиологическом механизме, который вызывает острую легочную недостаточность в сочетании с часто возникающим патогномоничным поражением сердца, почек и сосудов. для смертельного течения этой болезни.

Альвеолярное экссудативное и интерстициальное воспаление, нарушающее альвеоло-капиллярный газообмен, описанное в связи с SARS-CoV-2, соответствует определению острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС). Патофизиологическая механика этого повреждения легких лучше всего описана при ОРДС, вызванном бактериальным сепсисом, и в основном индуцируется экстравазацией нейтрофильных гранулоцитов из капиллярной сосудистой сети в легкие. Одним из основных медиаторов экстравазации нейтрофилов является дегенерация поверхностного слоя эндотелия, а именно гликокаликса, индуцированная эндотоксин-активированным гепарансульфатом. Истончение и деструктуризация гликокаликса выявляют скрытые молекулы эндотелиальной поверхностной адгезии, такие как VCAM-1 и ICAM-1. Таким образом, повышенная адгезия нейтрофилов в сочетании с опосредованным воспалительными цитокинами смещением VE-кадгерина внутрь эндотелиальных клеток, ослабляя плотные эндотелиальные соединения, обеспечивает повышенную экстравазацию нейтрофилов и диффузию богатой белком жидкости в интерстиций. . Создаваемая таким образом среда индуцирует активацию и дегрануляцию нейтрофильных гранулоцитов и провоцирует высвобождение токсических медиаторов, которые разрушают альвеолярный эпителий и дополнительно продуцируют иммуноцитокины, вызывают цитокиновый шторм и увеличивают рекрутирование нейтрофилов. Наконец, агрегация инактивированного легочного сурфактанта из-за отека, богатого белком, в сочетании с дегенерированными альвеолярными эпителиальными клетками 1-го типа и обнаженной базальной мембраной альвеол, покрытой гиалиновой мембраной, нарушают газообменную способность альвеоло-капиллярной мембраны, ухудшая кровообращение. оксигенация и декарбоксилирование.

В отличие от ОРДС, вызванного бактериями, вирусные агенты, вызывающие ОРДС, в основном достигают альвеолярного эпителия за счет переноса вируса из носоглотки, из верхних дыхательных путей в нижние. При вирусных инфекциях поражение легких в первую очередь вызывается прямой вирусной инвазией пневмоцитов 1 и 2 типа. Это приводит к накоплению отека, богатого белком, двойным образом за счет отключения каналов ENaC, в основном ответственных за разгрузку альвеолярного пространства за счет создания осмотического градиента, и за счет нарушения физико-химического барьера, установленного пневмоцитами. Хотя эффект нарушения альвеолярного барьера за счет дисфункции эндотелия сосудов снижается в отличие от бактериального сепсиса, при прогрессировании ОРДС как эндотелий, так и эпителий секретируют хемотакторы для привлечения макрофагов и нейтрофилов в воспаленное легкое, что, по аналогии с бактериальным ОРДС, вызывает вторичное повреждение легкого, как уже описано. Однако указывают на преувеличенную начальную капиллярную утечку по сравнению с другими формами ОРДС, что убедительно свидетельствует об эндотелиальной дисфункции как основном механизме.

Повреждение эндотелиальных клеток можно оценить как с использованием продуктов деградации гликокаликса, таких как синдекан-1, гепарансульфат и VE-кадгерины, так и с помощью прямой визуализации свойств потока эритроцитов в капиллярах с помощью портативной витальной микроскопии (HVM) с использованием техники микроскопии темного поля. Недавние достижения группы исследователей позволили точно дифференцировать режимы микроциркуляторной недостаточности путем количественного определения диффузионной и конвекционной способности микроциркуляторного русла. С глобальной точки зрения альвеолярная утечка ранее определялась количественно с использованием транспульмональной термодилюции. Эти инструменты обеспечивают оптимальные предпосылки для специфического обнаружения (продуктов деградации гликокаликса в жидкости альвеолярного лаважа) и количественной оценки (транспульмональная термодилюция) повреждения эндотелиальных клеток в легких во время ОРДС, вызванного инфекцией SARS-CoV-2. Кроме того, в предварительных отчетах было описано, что примерно у 20% пациентов в критическом состоянии, страдающих ОРДС из-за инфекции SARS-CoV-2, развивается тяжелая системная воспалительная реакция и циркуляторный шок. У этих пациентов связь между повреждением альвеолярных эндотелиальных клеток и системным повреждением эндотелиальных клеток представляет центральный интерес и может быть оценена с помощью сопутствующего сублингвального измерения HVM.

После вирусного и воспалительного поражения легких как начального триггера ОРДС дальнейшее ухудшение функции легких может в основном зависеть от суперинфекции. Бактериальная и грибковая суперинфекция была описана как главная причина заболеваемости и смертности в средней и поздней фазах вирусного ОРДС во время аналогичных пандемий, таких как испанский грипп в 1918 году. При текущей вспышке в Китае наличие бактериальных и грибковых суперинфекций было обнаружено в 10-30%. Суперинфекция, по-видимому, представляет собой основной фактор риска смертности у пациентов с COVID-19. Хотя неясно, имеет ли обнаружение бактериальной и грибковой суперинфекции клиническое и терапевтическое значение, некоторые авторы выступают за эмпирическое лечение антибиотиками, направленное главным образом на S. aureus и S. pneumonia.

Мало того, что стратификация риска, связанного с бактериальными и грибковыми суперинфекциями, актуальна для оценки тяжести прогрессирования заболевания, но еще предстоит оценить вопрос, в какой степени существует внутрибольничная передача патогенов во время пандемий и какова причина заболеваемости и смертности в госпитализированных пациентов. Меры профилактики инфекции, такие как стандартные и изолированные меры предосторожности, предназначены для предотвращения внутрибольничной передачи патогенов в медицинских учреждениях. Эти меры включают гигиену рук, использование средств индивидуальной защиты (СИЗ) (напр. изолирующие халаты, перчатки, маски, респираторы, средства защиты глаз), а также меры по охране окружающей среды, такие как очистка и дезинфекция поверхностей, медицинского оборудования и инструментов. Тем не менее, мобильные устройства, такие как частные и профессиональные мобильные телефоны, в основном не учитывались в таких рекомендациях. Эти устройства могут играть важную роль в непрямой контактной передаче. То есть когда контаминированный промежуточный объект участвует в передаче инфекционного возбудителя между двумя особями.

Текущие данные, хотя и ограниченные, показали повышенную жизнеспособность SARS-CoV-2 на пластике и нержавеющей стали, материалах, часто используемых для мобильных устройств и защитных чехлов, до 72 часов. Несмотря на то, что неправильная гигиена рук, отсутствие средств индивидуальной защиты и другие рутинные гигиенические ошибки являются наиболее очевидными переносчиками внутрибольничных патогенов, мобильные телефоны и другие портативные устройства оказались недостаточно продезинфицированными, что привело к колонизации патогенов, из которых S. aureus является наиболее частый. Это усугубляется тем, что медицинские работники прикасались к мобильным предметам, в том числе к мобильным телефонам, в среднем раз в 6,9 секунды, а к собственному телу или лицу — каждые 40 секунд. Это сопровождалось чрезвычайно низким соблюдением протоколов гигиены рук до колонизации и инфицирования. Эти результаты подчеркивают потенциал мобильных устройств в качестве переносчиков патогенов как для пациентов, так и для медицинских работников.

При борьбе с вирусными инфекциями врожденная иммунная защита распознает вирусную инфекцию главным образом за счет связывания молекулярных паттернов, ассоциированных с патогенами (PAMP), с рецепторами распознавания патогенов (PRR). Каскад экспрессии, индуцируемый этими связываниями с рецепторами, стимулирует путь интерферона (IFN) типа I и III. Вовлечение воспалительной оси моноциты-макрофаги-нейтрофилы посредством пути IFN I имеет важное значение в борьбе с большинством вирусных инфекций. Тем не менее, вирусы, такие как вирус гриппа А, способны уклоняться от введения IFN I и III типов, перемещая свой механизм репликации в ядро ​​клетки, таким образом избегая PRR, расположенных в цитоплазме, или инактивируя мРНК интерферона через белки. Путь IFN I в этих вирусах может действовать двояко; с одной стороны, он может опосредовать начальное действие против вируса, снижая максимально достигаемые титры, с другой стороны, при определенных обстоятельствах он может тем не менее патологически гиперэкспрессировать, индуцируя цитокиновый шторм и увеличивая повреждение паренхимы легких.

SARS-CoV и SARS-CoV-2 представляют собой РНК-вирусы с положительной цепью, которые проникают через клеточную стенку инфицированных клеток посредством эндоцитоза, опосредованного рецептором ACE-2. Начало экспрессии пути IFN I может быть связано с более сильной активацией пути IFN II и индукцией провоспалительного цитокинового шторма и, следовательно, с более тяжелой дисрегуляцией воспалительной моноцитарно-макрофагальной системы и степенью иммунопатологического повреждения легких. О патофизиологической механике этого нового ОРДС, вызванного SARS-CoV-2, и вызываемых им системных нарушениях регуляции можно только строить предположения, основываясь на его предшественнике SARS-CoV, и для разработки оптимального лечения крайне необходимы идеи, объясняющие необычные клинические проявления нового заболевания. подход.

Таким образом, механизмы тяжести заболевания у критически больных ОРДС SARS-CoV-2 разнообразны, начиная от нерегулируемой воспалительной реакции, наличия бактериальных и грибковых суперинфекций и заканчивая важностью нозокомиальной передачи как ключевого целевого элемента в повседневной жизни. -дневной уход за больными. Только глобальная оценка всех аспектов, которые, возможно, ответственны за тяжесть прогрессирования заболевания у пациентов с COVID-19, может быть направлена ​​на выяснение лежащей в основе смеси.

Цели проекта Главной целью этого исследования является получение патофизиологического понимания для улучшения заболеваемости и смертности при ОРДС, вызванном инфекцией SARS-CoV-2. Таким образом, это исследование сосредоточено на воспалении, микроциркуляторной дисфункции и суперинфекции с целью выяснения факторов риска развития тяжелого ОРДС у пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, и способствовать обоснованию терапевтических стратегий.

Отдельные рабочие гипотезы:

1. Считается, что первичное повреждение легких при ОРДС SARS-CoV-2 опосредовано преувеличенной провоспалительной реакцией, вызывающей первичную эндотелиальную дисфункцию и впоследствии двояко влияющей на деградацию легочной паренхимы через первичный цитокиновый ответ, и посредством рекрутирования оси воспаление-моноциты-лимфоциты-нейтрофилы. Выраженное воспаление и первичное повреждение легких нарушают легочный микробиом, вторично приводя к легочным суперинфекциям.
2. Легочные бактериальные суперинфекции (например, S. pneumoniae, S. aureus, P. aeruginosa и другие) являются серьезной причиной заболеваемости и смертности у пациентов с COVID-19. Колонизация возбудителей в верхних дыхательных путях является предпосылкой и основным фактором риска инфекций нижних дыхательных путей. Чтобы установить колонизацию, патогены должны взаимодействовать с местной микробиотой (т.н. микробиом) и некоторые профили микробиома будут более устойчивы к инвазии патогенов.
3. Портативные устройства, используемые в клинической практике, являются переносчиками как SARS-CoV-2, так и бактерий, вызывающих внутрибольничную пневмонию, что делает их потенциальным резервуаром для непрямой контактной передачи. Целенаправленное вмешательство по профилактике инфекции может уменьшить это заражение и, таким образом, снизить риск внутрибольничной передачи.