Вступ
Пандемія коронавірусної хвороби 2019 (COVID-19), спричинена тяжким гострим респіраторним синдромом коронавірусу 2 (SARS-CoV-2), охопила весь світ і привернула увагу всієї медичної спільноти [1]. Інфекція SARS-CoV-2 може спричиняти широкий спектр захворювань — від безсимптомного перебігу до летального наслідку [2]. Основним органом-мішенню при тяжкому COVID-19 є легені, а їх ураження — головна причина смерті переважної більшості пацієнтів. Ранні зміни проявляються набряком, пошкодженням епітелію та капіляритом/ендотелітом, які часто поєднуються з мікротромбозом, ексудативним дифузним альвеолярним пошкодженням (ДАП) з утворенням гіалінових мембран та гіперплазією пневмоцитів типу 2, що по-різному ускладнюється суперінфекцією та може прогресувати до стадії, що організується/фіброзної стадії ДАП. Однак ці особливості не є специфічними для COVID-19 і можуть бути виявлені при інших захворюваннях, зокрема інших вірусних інфекціях [3]. Прогресуюча дихальна недостатність (ДН) розвивається у пацієнтів із тяжким перебігом COVID‑19 невдовзі після появи задишки та гіпоксемії, і такі пацієнти зазвичай відповідають критеріям гострого респіраторного дистрес-синдрому (ГРДС) [4]. Описані клінічні випадки пацієнтів із COVID‑19 демонструють ДН із найтяжчими формами гострої травми легень (ГТЛ) та гістопатологічно асоціюються з різними проявами, такими як ДАП, гостра фібриноїдна пневмонія, що організується (ГФПО), і тромбоз малих вен (ТМВ) [1]. ДАП лежить у тяжкій частині спектра ГТЛ і є гістопатологічною картиною, яка зазвичай асоціюється з клінічним ГРДС. ДАП вважається традиційним гістопатологічним корелятом ГРДС, однак в одному великому дослідженні, проведеному Thille та ін., менше ніж половина пацієнтів із клінічним ГРДС, згідно з Берлінськими критеріями, мали ДАП [1]. У пацієнтів, які померли від COVID-19, під час автопсії виявляються такі гістопатологічні зміни: ураження ендотеліальних/інтерстиціальних клітин; ураження альвеолярних клітин — пневмоцитів I типу/пневмоцитів II типу; інтерстиціальний та/або альвеолярний набряк; ознаки крововиливу, наявність запальних клітин та вірусної інфекції в зразках тканини [5, 6], а також сильна забитість капілярів, яка супроводжується гіаліновими мембранами, реактивними змінами пневмоцитів і синцитіальними клітинами, що відповідає ексудативному ДАП [7]. Легеневий фіброз (ЛФ) є визнаним наслідком ГРДС, проте з приводу його клінічної значущості точаться дискусії [8, 9], незважаючи на описані стійкі аномалії паренхіми легень як пост-COVID інтерстиціальні захворювання легень [10] у вигляді фіброзоподібних змін у тих пацієнтів, що були підключені (75 %) та не були підключені (20 %) до апаратів штучної вентиляції легень (ШВЛ) [11], та які у понад третини пацієнтів спостерігаються й за 6 місяців після перенесеного тяжкого COVID-19 [12]. Частина ж пацієнтів після інфекції SARS-CoV-2 мають ознаки хронічних запальних захворювань легень із постійним фізіологічним та функціональним дефіцитом у вигляді пневмонії, що організується (ПО), та фіброзоподібних змін [13, 14], що, у свою чергу, є приводом для подальшого вивчення гістопатологічних змін у легенях, щоб віднайти нові методи лікування тяжкого COVID-19 та його наслідків.
Мета роботи: вивчити гістопатологію легень у пацієнтів, які померли від тяжкого COVID-19 в гострому та постгострому періоді захворювання, та визначити значущість гістологічних змін у паренхімі легень залежно від статі, тривалості захворювання та використання чи невикористання респіраторної підтримки (ШВЛ).
Матеріали та методи
У дослідження були включені результати автопсії пацієнтів із тяжким COVID-19, які померли у періоди з червня по грудень 2020 року (n = 10) та із січня по грудень 2021 року (n = 21) в інфекційному стаціонарі КП «Волинська обласна клінічна лікарня».
Усім пацієнтам в гострий період захворювання були встановлені: діагноз COVID-19 — за допомогою методу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) до SARS-CoV-2, клінічний діагноз ГРДС з тяжкою ДН — 6 та більше балів за клінічною шкалою Всесвітньої організації охорони здоров’я [15], радіологічні зміни на рентгенограмі та/або КТ органів грудної клітки у вигляді двобічної полісегментарної інтерстиціальної пневмонії з ураженням понад 50 % (CORADS-6). У 61,3 % випадків (n = 19) автопсію проводили у пацієнтів, які померли у гострий період захворювання (до 28-го дня), причому 68,4 % (n = 13) цих хворих перебували на респіраторній підтримці (ШВЛ). У 38,7 % (n = 12) автопсія проводилася в померлих у постгострий період (з 29-го по 84-й день), 41,6 % (n = 5) з яких у гострому періоді також мали респіраторну підтримку (ШВЛ).
Усі розтини проводились відповідно до вимог інфекційного контролю у проміжку 12–24 годин після констатації біологічної смерті. Шматочки легеневої тканини забиралися під час розтину й фіксувалися у 4% формаліні щонайменше 24 години. Після стандартної лабораторної проводки матеріалу робили зрізи та забарвлення гематоксилін-еозином. Місцевий патолог встановлював діагноз, після чого блоки передавалися в Інститут патології (Institut für Gewebediagnostik Helios Klinikum Emil von Behring, Berlin), де робилися нові зрізи завтовшки 3–5 мікрометрів із подальшим забарвленням гематоксилін-еозином та за методом Ван Гізона. Мікропрепарати аналізувалися як за допомогою традиційного мікроскопа, так і з використанням системи дигітальної мікроскопії Philips (дозвіл FDA). На цій самій системі проводилася напівкількісна оцінка змін легеневої тканини (наприклад, ступінь оклюзії капілярів), а також виготовлялися фотографії.
Статистичний аналіз здійснювався за допомогою таких інструментів: обчислення вибіркових числових характеристик, як-от середнє та середньоквадратичне (стандартне) відхилення; знаходження інтервальних оцінок (довірчих інтервалів) невідомих параметрів генеральної сукупності у тих випадках, коли приймалося рішення, що дані розподілені за нормальним законом; за критерієм Колмогорова — Смірнова для прийняття рішення щодо нормальності розподілу генеральної сукупності, з якої були отримані дані; за допомогою біноміального тесту для порівняння спостережених часток; асимптотичного T-тесту для порівняння спостережених часток як часток успіху в двох незалежних схемах випробувань Бернуллі (зауважимо, що в цьому випадку необхідність перевірки нормальності розподілу генеральної сукупності як передумови використання критерію відпадає, оскільки частка успіхів у схемі випробувань Бернуллі має асимптотичний нормальний розподіл). За використання критеріїв перевірки статистичних гіпотез у тих випадках, коли це не обумовлено окремо, перевірка здійснювалася на рівні значущості 5 %. Для статистичного аналізу було використане вільне програмне середовище R.
Дослідження схвалено комісією з питань етики при КП «Волинська обласна клінічна лікарня» Волинської облради (витяг з протоколу № 220 від 08.07.2021 р.), проводилося згідно з Гельсінською декларацією «Етичні принципи медичних досліджень за участю людей» та «Загальною декларацією про біоетику та права людини (ЮНЕСКО)».
Результати
У 61,3 % випадків автопсія була проведена у пацієнтів, які померли у гострий період тяжкого COVID-19: 16 чоловіків та 3 жінки, середня тривалість захворювання становила 17,31 дня (мін. — 7 днів, макс. — 26 днів). Зауважимо, що в результаті перевірки на рівні значущості 5 % за допомогою критерію Колмогорова — Смірнова було відкинуто гіпотезу про те, що розподіл показника «вік хворого» не є нормальним із середнім 66,0 та стандартним відхиленням 15,2. Таким чином, вважаємо, що показник «вік хворого» має нормальний розподіл із параметрами (66,0; 15,2), що дає побудувати довірчий інтервал надійності 95 % для середнього значення віку хворих у генеральній сукупності: 66,1 ± 8,8 року (де 66,1 — вибіркове середнє, Scp = t0,05 * S / √n = 8,8 — стандартне відхилення вибіркового середнього; S — вибіркове середньоквадратичне відхилення, n — об’єм вибірки, t0,05 — 95% квантиль двостороннього розподілу Стьюдента з n–1 ступенем вільності). У 38,7 % випадків автопсію провели у пацієнтів, які померли в постгострий період тяжкого COVID-19 (29–84-й день): 5 чоловіків та 7 жінок, середня тривалість захворювання становила 43,22 дня (мін. — 29 днів, макс. — 68 днів). Відповідно до зауваження, зробленого вище, був побудований також довірчий інтервал надійності 95 % для генерального середнього віку померлих у постгострий період: 67,8 ± 5,9 року. В обох досліджуваних групах за допомогою мікроскопії мікропрепаратів легень були виявлені такі гістопатологічні зміни: гіалінові мембрани (ГМ, рис. 1) — в 70,9 % (n = 22), капілярний застій І–ІІІ ст. (КЗ, рис. 2–4) — у 77,4 % (n = 24), пневмонія, що організується (ПО, рис. 5), — у 41,9 % (n = 13), малий, середній та фокальний легеневий фіброз (ЛФ, рис. 6–8) — у 32,2 % (n = 10), крововиливи або геморагії (ГР, рис. 9) — у 38,7 % (n = 12), тромбоз малих вен (ТМВ, рис. 10) — у 25,8 % (n = 8), гістоспецифічні ознаки бактеріальної інфекції (рис. 11) — у 16,1 % (n = 5), гістоспецифічні ознаки грибкової інфекції Aspergillus (рис. 12) — у 3,2 % (n = 1). Дифузне альвеолярне пошкодження виявлено (рис. 13) у 90,3 % пацієнтів (n = 28), гостра фібриноїдна ПО (ГФПО, рис. 14) — у 9,6 % (n = 3). У групі пацієнтів із тяжким COVID-19, які померли в гострий період захворювання, виявлені такі гістопатологічні зміни: ГМ (n = 15), КЗ (n = 13), ПО (n = 10), малий ЛФ (n = 7), ГР (n = 6), ТМВ (n = 7), гістоспецифічні ознаки бактеріальної коінфекції (n = 2). ДАП виявлено у 89,4 % (n = 17), з ГФПО — у 10,5 % (n = 2). У групі пацієнтів з тяжким COVID-19, які померли у постгострому періоді захворювання, виявлені такі гістопатологічні зміни: ГМ (n = 7), КЗ (n = 11), ПО (n = 3), середній та фокальний ЛФ (n = 3), ГР (n = 6), ТМВ (n = 1), гістоспецифічні ознаки бактеріальної коінфекції (n = 2) та грибкової (Aspergillus) коінфекції (n = 1). ДАП виявлено в 91,7 % (n = 11), з ГФПО — у 8,3 % (n = 1).
/55.jpg)
У результаті статиcтичного аналізу вибіркових часток, здійсненого за допомогою біноміального тесту, а також асимптотичного T-тесту для часток успіху в двох незалежних схемах випробувань Бернуллі були зроблені наступні висновки стосовно відмінності показників для гострого (n = 19) та постгострого (n = 12) періоду тяжкого COVID-19, який призвів до летального наслідку (зауваження щодо перевірки статистичних гіпотез: перевірка відбувалась на рівні значущості 5 %; відповідне критичне значення одностороннього T-розподілу Стьюдента з 19 + 12 – 2 = 29 ступенями вільності становить 1,6991; використання одностороннього T-тесту із правосторонньою критичною ділянкою обумовлене тим, що при порівнянні вибіркових часток від більшої ми віднімаємо меншу, тобто значення критерію є апріорі не від’ємним, а у цьому випадку для обчислення критичного значення одностороннього критерію за допомогою табульованого двостороннього розподілу Стьюдента використовується подвійний рівень значущості, тобто замість рівня значущості 0,05 береться рівень 2 × 0,05 = 0,1, а отримане критичне значення дорівнює 1,6991). Частка чоловіків, у яких спостерігався гострий перебіг COVID-19, є значуще вищою, ніж частка чоловіків, у яких спостерігався постгострий перебіг (спостережене значення асимптотичного Т-критерію становить 2,5771 за критичного значення 1,6991). Ймовірність летального наслідку серед чоловіків є значуще вищою за відповідну ймовірність серед жінок (спостережене значення асимптотичного Т-критерію становить 4,0895 за критичного значення одностороннього розподілу Стьюдента з 19 – 1 = 18 ступенями вільності, яке дорівнює 1,7341). У постгострий період тяжкого COVID-19 значущої відмінності між частками чоловіків та жінок серед померлих не спостерігається, тобто статистично значущої залежності від статі не простежується (спостережене значення асимптотичного Т-критерію становить 0,5855 за критичного значення одностороннього розподілу Стьюдента з 12 – 1 = 11 ступенями вільності, яке дорівнює 1,7959). Тому немає підстав вважати ризики, пов’язані з летальністю у постгострому періоді захворювання, різними для чоловіків і жінок. Не спостерігається статистично значущої відмінності в смертності між гострим та постгострим періодом тяжкого COVID-19 у пацієнтів, які перебували на респіраторній підтримці (ШВЛ) та померли внаслідок тяжкого COVID-19 (спостережене значення асимптотичного Т-критерію становить 1,5044 за критичного значення 1,6991). Вибіркові частки пацієнтів, у яких спостерігається наявність ГМ у гострий та постгострий періоди, не є однаковими, але така відмінність не є статистично значущою, принаймні на рівні 5 % (спостережене значення Т-критерію 1,2105, тоді як критичне — 1,6991), що, на наш погляд, потребує подальшого вивчення, оскільки може бути викликано надто маленьким обсягом вибірки.
/56.jpg)
Обговорення
Доведено, що легені є основним органом-мішенню при тяжкому COVID-19 із виникненням в гострий період ексудативного ДАП з утворенням ГМ при ГРДС та наступним прогресуванням до стадії, що організується/фіброзної стадії ДАП [1, 3, 7, 15]. За нашими даними, наявність ГМ виявлена у 70,9 %, та в гострий період захворювання ймовірність ГМ значуще вища за ймовірність їх відсутності (спостережені частки становлять 0,79 і 0,21 відповідно; p-значення біноміального критерію дорівнює 0,019) на відміну від постгострого періоду тяжкого COVID-19, коли такої значущої відмінності не спостерігається (p-значення біноміального критерію дорівнює 0,774). Наявність ПО виявлена у 41,9 % та є характерною як для гострого, так і для постгострого періоду захворювання, однак значущої відмінності між періодами на рівні 5 % немає. Проте на рівні значущості 6 % в гострий період захворювання ймовірність ПО є значуще вищою, ніж у постгострий період (6% критичне значення одностороннього T-критерію становить 1,6020 за спостереженого значення T-критерію 1,6297).
За даними літератури, ЛФ є визнаним наслідком ГРДС [9], проте наявність фіброзоподібних змін у 75 % пацієнтів, які перебували на респіраторній підтримці (ШВЛ) [11], не збігається з результатами, отриманими під час нашого дослідження. Так, за нашими даними, ЛФ зустрічається як в гострому, так і в постгострому періоді тяжкого COVID-19 у 32,2 % випадків, проте не простежується статистично значущого зв’язку між періодом захворювання та ймовірністю виникнення ЛФ (p-значення біноміального критерію становить 0,359 для гострого періоду та 0,146 — для постгострого). Також не спостерігається значущої залежності між застосуванням респіраторної підтримки (ШВЛ) та виявленим ЛФ в гострому (p = 0,238) та постгострому періодах тяжкого COVID-19 (p = 0,302) у пацієнтів, які перебували на такій респіраторній підтримці.
За даними, наведеними в медичній літературі, у пацієнтів, які померли від COVID-19, під час автопсії в легенях виявляються гістологічні ознаки крововиливів [6]. За нашими спостереженнями, виявлені також гістологічні ознаки ГР у 38,7 %, але, попри виявлення в нашому дослідженні гістопатологічних ознак ГР, немає статистично значущих підстав вважати, що ймовірності виникнення геморагічного синдрому в гострому та постгострому періодах відрізняються, що свідчить про однакові шанси виникнення ГР в обох періодах (p-значення біноміального критерію 0,167 для гострого періоду, 1,000 — для постгострого).
Також відомо, що проявом ГТЛ з ГРДС є ТМВ [1, 3]. За нашими даними, ТМВ виявлений у 25,8 %, та ймовірність виникнення ТМВ у гострий період є значуще вищою за ймовірність виникнення у постгострий період (спостережене значення асимптотичного Т-критерію 2,0897 за критичного 1,6991). Водночас ймовірність виникнення ТМВ у постгострому періоді є значуще нижчою за ймовірність його відсутності (спостережені частки становлять 0,08 і 0,92 відповідно; p-значення біноміального критерію дорівнює 0,006), на відміну від гострого періоду, під час якого ці ймовірності відрізняються незначуще (p-значення біноміального критерію дорівнює 0,359).
Новою гістологічною знахідкою в легенях при COVID-19 є сильний КЗ [7]. За нашими гістопатологічними даними, КЗ І–ІІІ ст. був виявлений у 68,4 % із 19 пацієнтів у гострому періоді захворювання та у 91,7 % із 12 пацієнтів у постгострому. Таким чином, на рівні значущості 5 % ймовірність КЗ І–ІІІ ст. є значно вищою у постгострому періоді, ніж у гострому (спостережене значення одностороннього асимптотичного Т-критерію становить 1,7454 за критичного 1,6991). Водночас у постгострому періоді ймовірність КЗ є значуще вищою за ймовірність його відсутності (спостережені частки становлять 0,92 і 0,08 відповідно; p-значення біноміального критерію дорівнює 0,006) на відміну від гострого перебігу, коли значущої відмінності не спостерігається (p-значення біноміального критерію дорівнює 0,167).
Діагностичні критерії досліджень, включених до метааналізів, свідчать про низькі показники коінфекцій та суперінфекцій. У літературі повідомляється про коінфекцію при зверненні у 3,5 % хворих на COVID-19, тоді як під час госпіталізації цей показник становить 14,3 %. Захворюваність на бактеріальні інфекції залишається низькою навіть у дослідженнях результатів автопсії, включно з найтяжчими випадками, за яких коінфекції та суперінфекції можуть бути частішими [16]. За нашими даними, гістоспецифічні ознаки бактеріальної коінфекції були виявлені у 16,1 % з грибковою коінфекцією Aspergillus у 3,2 %. Ймовірності виникнення вторинної бактеріальної коінфекції в гострий та постгострий періоди захворювання значуще не відрізняються, оскільки наявні гістоспецифічні ознаки бактеріальної інфекції не мають статистичної залежності від перебігу захворювання (спостережене значення асимптотичного Т-критерію дорівнює 1,0089 за критичного значення 1,6991). Також виявлено, що в гострому періоді захворювання ймовірність бактеріальної коінфекції є суттєво нижчою за ймовірність її відсутності (спостережені частки становлять 0,11 і 0,89 відповідно; p-значення біноміального критерію дорівнює 0,001) на відміну від постгострого періоду, під час якого шанси виникнення та відсутності інфекції не мають значущої відмінності (p-значення біноміального критерію 0,146).
Висновки
1. Виявлено гістоспецифічні зміни в легенях при тяжкому COVID-19 у вигляді капілярного застою І–ІІІ ст., які спостерігаються в 77,4 % випадків. Встановлено, що ймовірність виникнення капілярного застою є значно вищою у постгострому періоді захворювання, ніж у гострому (р = 1,7454).
2. Виявлено гістоспецифічні ознаки легеневого фіброзу в 32,2 % випадків у гострому та постгострому періодах тяжкого COVID-19, проте не виявлено статистично значущого зв’язку між гострим (p = 0,359) та постгострим (р = 0,146) періодами захворювання та ймовірністю виникнення легеневого фіброзу, а також значущого зв’язку між використанням респіраторної підтримки (ШВЛ) та виявленим легеневим фіброзом у гострому (p = 0,238) і постгострому (p = 0,302) періодах тяжкого COVID-19.
3. Встановлено, що гістопатологічні ознаки геморагій у легенях однакові в обидва періоди, на відміну від ТМВ, коли ймовірність виникнення у гострому періоді значно вища за ймовірність виникнення у постгострому періоді (р = 0,05).
4. Виявлено гістоспецифічні ознаки бактеріальної коінфекції у 16,1 % і грибкової коінфекції Aspergillus — у 3,2 % та встановлено, що в гострому періоді захворювання ймовірність бактеріальної коінфекції є значуще нижчою за ймовірність її відсутності (р = 0,001).
5. Встановлено, що у пацієнтів, які померли в гострому та в постгострому періоді тяжкого COVID-19, наявність гіалінових мембран спостерігається у 70,9 %, а гістопатологічні ознаки дифузного альвеолярного пошкодження — у 90,3 % з наявністю гострої фібриноїдної пневмонії, що організується, у 9,6 % випадків.
6. Також виявлено, що ймовірність летального наслідку в гострий період захворювання серед чоловіків є значуще вищою за відповідну ймовірність серед жінок (р = 0,05), проте у постгострий період, принаймні на рівні 5 %, статистично значущої залежності від статті не простежується.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
Інформація про фінансування. Дослідження не має зовнішніх джерел фінансування, виконано за власні кошти. Роботу проведено відповідно до плану наукових досліджень ДУ «Національний інститут фтизіатрії і пульмонології ім. Ф.Г. Яновського» (м. Київ, Україна) у рамках науково-дослідного проєкту «Oсобливості ураження легень при COVID-19» на базі КП «Волинська обласна клінічна лікарня» Волинської обласної ради (м. Луцьк, Україна), Інституту тканинної діагностики/патології, клініка Helios ім. Еміля фон Беринга (м. Берлін, Німеччина), ДУ «Національний інститут фтизіатрії та пульмонології ім. Ф.Г. Яновського» (м. Київ, Україна).
Отримано/Received 07.04.2023
Рецензовано/Revised 18.04.2023
Прийнято до друку/Accepted 26.04.2023