Клинико-морфологические показатели алгоритма диагностики поражений органов дыхания при COVID-19

Введение. Начало 2020 года ознаменовалось стремительным распространением новой коронавирусной инфекции (COVID-19) в Азии, Америке, Европе и активным заносом возбудителя заболевания на территорию Российской Федерации с появлением угрозы проникновения инфекционного агента в воинские части и возможностью заболевания у военнослужащих. Первая вспышка COVID-19 произошла в декабре 2019 года в Китайской Народной Республике с эпицентром в городе Ухань (провинция Хубэй). Международный комитет по таксономии вирусов 11 февраля 2020 г. присвоил официальное название возбудителю инфекции – SARS-CoV-2. Всемирная организация здравоохранения 11 февраля 2020 г. дала официальное название новому инфекционному заболеванию – COVID-19 («Coronavirus disease 2019»). Новое заболевание поставило перед всеми специалистами военного здравоохранения новые задачи, связанные с профилактикой, быстрой диагностикой и оказанием медицинской помощи больным. Сведения об эпидемиологии, этиологии, патогенезу, клинической и лабораторной диагностике, а также профилактике и терапии этого заболевания по мере изучения расширяются и будут дополняться[27,44].

Морфологические изменения тяжёлого острого респираторного синдрома, вызванного в том числе COVID-19, зависят от стадии болезни. В экссудативную (раннюю) стадию преобладают признаки диффузного альвеолярного повреждения, острого бронхиолита, отёка и геморрагий интерстициальной ткани. Макроскопически лёгкие тёмно-красного цвета, плотной консистенции, безвоздушные. Масса лёгких увеличена. При гистологическом исследовании выявляется характерный морфологический признак – гиалиновые мембраны, выстилающие контуры расширенных альвеолярных ходов и бронхиол. Гиалиновые мембраны состоят из богатой фибрином отёчной жидкости, с наличием фрагментов некротизированных эпителиальных клеток, поражённых коронавирусом. Также определяется наличие фибрина в просветах альвеол, интерстициального воспаления и внутриальвеолярного отёка. Характерным признаком SARS является появление гигантских многоядерных эпителиальных клеток в просветах альвеол[12,19,28,40].

В продуктивную (позднюю) стадию развивается фиброзирующий альвеолит с организацией экссудата в просветах альвеол и бронхиол. Первоначально выявляются остатки гиалиновых мембран и фибрина. Наряду с фибрином в просветах альвеол определяются эритроциты и сидерофаги. Могут обнаруживаться очаги фиброателектаза. За счёт пролиферации альвеолоцитов II типа происходит репарация альвеолярной выстилки. В просвет альвеол и бронхиол врастает грануляционная ткань. Характерна организация фибринозного экссудата, вследствие чего развивается внутриальвеолярный фиброз. Утолщение межальвеолярных перегородок связано с пролиферацией интерстициальных клеток и накоплением коллагена. Возможно обнаружение очагов плоскоклеточной метаплазии альвеолярного, бронхиального и бронхиолярного эпителия[30,38].

В последнее время накопились клинические и патоморфологические сведения о проявлениях COVID-19 в большинстве органов и тканей организма. Количество публикаций в мире ныне исчисляется тысячами статей на разных языках. Отечественные публикации менее многочисленны и носят главным образом клинический характер. Не повторяя в основном ранее опубликованные материалы [2,6,7,36], в этой главе мы расширили представления о патогенезе взаимодействия вируса с тканями организма на фоне новой коронавирусной инфекции. Евразийская Ассоциация Терапевтов недавно в открытом доступе представила по этой проблеме большой обзор, в котором четко систематизированы проблемы внелегочной патологии при COVID-19.

SARS-CoV-2, по-видимому, использует механизмы распознавания рецепторов, схожие с таковыми других вирулентных коронавирусов, таких как SARS-CoV, MERS-COV, вызвавших эпидемии 2003 и 2013 годах (см. главу 1). Для проникновения в клетку S-белки коронавируса взаимодействуют с рецепторами АПФ2, также им требуется корецепция сериновыми протеазами, такими как TMPRSS2. Одновременная экспрессия на клеточной поверхности AПФ2 и TMPRSS2 делает ткань максимально уязвимой для проникновения РНК этих вирусов в клетки. Интенсивность связывания вируса с АПФ2 определяет эффективность его репродукции и распространения по тканям. Прямым механизмом полиорганного повреждения при CОVID-19 являются непосредственно вирусная цитотоксичность, которая охватывает эндотелиальные и эпителиальные клетки, а также нарушение регуляции иммунного ответа и коагуляции, дисфункция ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС). Токсичность реализуется для пораженных клеток истощением и гибелью через апоптоз, для других клеток организма комплексным воздействием инфекционного начала, вторичными изменениями на фоне системного проявления воспаления и тяжелой эндогенной интоксикацией и гипоксией.

Следовательно, для коронавирусной инфекции, ассоциированной с вирусом SARS-CoV-2, может быть характерным поражение различных органов, но все же преобладающие изменения наблюдаются в органах дыхания — трахее, легких, что обеспечивает, кроме того, высокую контагиозность [11,16,23,34] этого вируса. Морфологическая картина у больных, умерших на фоне коронавирусной инфекции, представлена на цветной вклейке. Трахея и легкие макроскопически выглядели чрезвычайно разнообразно. Внешние характеристики, прежде всего, зависели от давности заболевания, а следовательно стадии процесса, степени выраженности геморрагического компонента, наличия бактериальной инфекции, наличия тромбоэмболических проявлений. Трахея была разной степени тусклости, кровенаполнения, рыхлости, наличия фибринозных наложений, эрозии и язв. Микроскопически чаще всего выявлялась картина десквамативно-эрозивно-катарального трахеита. Давность процесса определяла характер эпителиальной выстилки: либо цилиндрический однорядный, либо многорядный, либо плоский эпителий. После применения инвазивных методов искусственной вентиляции наблюдались гнойно-некротические трахеиты. Легкие макроскопически также имели разную картину. Отмечено доминирование двустороннего поражения легких, особенно при присоединении бактериальной инфекции. При односторонней локализации правая нижняя доля вовлекалась чаще в патологический процесс, чем левая нижняя.

В большинстве же случаев наблюдалась тотальность процесса. Достаточно часто можно было отметить мозаичность поражения: чередование безвоздушных полей с очагами повышенной воздушности. Легкие в большей части заполняли весь объем грудой полости, были тяжелыми, резиновой плотности с характерным лакированным видом на поверхности. На разрезе темно-красного цвета или с буроватым оттенком. Могли быть гладкими или с зернистой поверхностью, иногда имелась характерная картина «опеченения». В сосудах разного калибра можно было наблюдать тромбы (тромбоэмболы), а в ткани легкого характерные треугольной формы геморрагические инфаркты. В работе Ф. Г. Забозлаева и соавт. [1,7,9,39] легкие при наличии белесоватых и темно-красных тромбов описываются как «порфированные», напоминающие гранит. Плевра была неравномерно утолщена, на ранних сроках за счет отека и полнокровия, а на поздних — разрастания, за счет фиброзной соединительной ткани и гиперплазии мезотелия. Микроскопическая картина легких также была разнообразной и соответствовала различной давности патологического процесса.

Наиболее типичными были изменения, соответствующие вирусному поражению — диффузному альвеолярному повреждению. Для ранней экссудативной фазы наиболее были характерны массивная гибель альвеолоцитов I типа, а позже и II типа, отек межальвеолярных перегородок, накопление отечной жидкости с разной интенсивностью окрашивания эозином и гиалиновых мембран, выстилающих либо полностью контуры альвеол, либо в виде полулуний. Гиалиновые мембраны прослеживались не во всех наблюдениях, хотя в отдельных случаях даже на фоне гнойного экссудата можно было увидеть остатки гиалиновых мембран.

В ряде случаев наблюдалось оголение базальных мембран. Типичные вирусом индуцированные изменения эпителиальных клеток респираторного тракта заключались в светлоклеточной трансформации, для которой была характерна неравномерная просветленность ядер и клеток, увеличение в размерах цитоплазмы и ядер.

Частью в просветах альвеол и межальвеолярных перегородках выявлялись отростчатые клетки, ядра которых имели грубозернистый хроматин и отчетливые ядрышки. Иногда вокруг ядра обнаруживалось гало. В большей части случаев наблюдались многоядерные симпласты. Клеточная реакция на этом этапе развития патологического процесса была выражена умеренно. В просветах альвеол, межальвеолярных перегородках наблюдали макрофаги, лимфоциты, единичные лейкоциты.

В отдельных случаях макрофаги доминировали. Вдоль межальвеолярных перегородок локализовались преимущественно полиморфноядерные лейкоциты, наличие которых иногда расценивалось как проявление бактериальной инфекции.

Оценка популяционного состава лимфоцитов в разные сроки от начала заболевания показала, что на начальных сроках преобладают СD3+ Т-лимфоциты над CD20 В-лимфоцитами, а CD4+ Т-хелперов больше, чем CD8+ Т-супрессоров. По мере увеличения срока заболевания соотношение лимфоцитов менялось в сторону преобладания CD8+ Т-супрессоров над CD4+ Т-хелперами. При этом отмечается резкое снижение других популяций лимфоцитов [20,42].

Наибольшая сосудистая реакция наблюдалась со стороны межальвеолярных капилляров. Они были резко расширены и полнокровны, со стазами, сладжами, эритроцитарными и гиалиновыми тромбами. В капиллярах межальвеолярных перегородок М. В. Самсонова и соавт. описывают наличие мегакариоцитов, которые могут участвовать в тромбообразовании [16,22,33,37]. Эндотелий был с признаками отека, набухания, с укрупненными ядрами. В просвете альвеол кроме белкового рыхлого фибринозного экссудата наблюдались в разном количестве эритроциты — от единичных гемолизированных до массивных скоплений. Эти изменения характеризовали раннюю экссудативную фазу поражения легких.

В более поздние сроки течения заболевания в просветах альвеол обнаруживали разной плотности и зрелости фибрин и рыхлую богатую клеточными элементами соединительную ткань, в которой наблюдались гиперплазированные альвеолоциты II типа, фибробласты, миофибробласты. Можно также было наравне с участками плоскоклеточной метаплазии эпителия наблюдать сохранившиеся единичные гиалиновые мембраны и трансформированные клетки.

На поздних сроках из-за усиленного тромбообразования в капиллярах отмечается гиперплазия эндотелиальных клеток и нео -ангиогенез. Наблюдается искаженная васкуляризация, характеризующаяся измененными капиллярами разного калибра, что демонстрирует глубокую перестройку ангиоархитектоники со значительным снижением функции, о чем свидетельствует гипоксемия в этой стадии болезни [6,13,17,25]. У умерших в более поздние сроки (37 суток, 60 суток) отмечались обширные поля пневмофиброза с выраженным неоангиогенезом либо поля с щелевидными структурами, выстланными кубическим эпителием.

В отдельных случаях отмечены изменения по типу «сотового» легкого с выраженной вторичной энфиземой. Значительно были изменены бронхиолы, в них наблюдались либо лимфоцитарные бронхиолиты, либо обтурирующие, где грануляционная ткань врастала в просвет бронхол. Также отмечалась гиперплазия бронхиолярного эпителия с зонами плоскоклеточной метаплазии. Стенка альвеол была фиброзирована, а многочисленные микрососуды часто содержали эритроцитарные тромбы.

В части случаев морфологические проявления в разных отделах легких иллюстрировали одновременное наличие его разных фаз, когда острые экссудативные изменения в виде выпадения рыхлого фибрина в просвет альвеол и формирования гиалиновых мембран могли сочетаться с более поздними, проявляющимися текущей организацией и коллагенизацией фибрина, фиброзом межальвеолярных перегородок, что может указывать на прогрессирующий характер вирусного поражения.

Выраженные цитопатические и цитопролиферативные свойства SARSCoV-2 и отсутствие массивной гибели паренхиматозных клеток посредством некроза и апоптоза, возможно, являются причиной необычно длительной персистенции вируса в эпителиальных клетках и эндотелии сосудов пораженного легкого и длительной инфекционности пациентов с прогрессирующим поражением легочной ткани при COVID-19, сопровождающегося очередным всплеском выраженности местного клеточного иммунного ответа, замыкающего порочный круг патологических процессов. Имеются наблюдения, полученные на нашем материале, посмертного обнаружения вируса на 30-е и 40-е сутки от начала заболевания. В ряде наблюдений вирусная трансформация эпителиальных клеток была мало выраженной, а доминировали проявления сосудистой проницаемости с деструктивно-продуктивными тромбоваскулитами легочных артериол.

В просвете альвеол при этом обнаруживалось серозно-фибринозногеморрагическое содержимое. Описанные морфологические изменения в легких отражают последовательность патогенетических процессов — от первичных вирусных повреждений эпителия и эндотелия до вторичных цитокиновых и гипоксических.

Во всех наблюдениях в легких имелись морфологические проявления острых расстройств кровообращения, преимущественно в виде острого полнокровия, стаза, сладжей, тромбообразования, кровоизлияний и морфологических инфарктов.

Вывод. Таким образом, при исследовании различных органов у умерших от новой коронавирусной инфекции выявляются определенная системность и стереотипность поражений, заключающиеся в диффузном вовлечении в патологический процесс в большей степени сосудов различного калибра и развитии гемокоагулопатических расстройств, приводящих к тотальной гипоксии.

Особенностью морфологических изменений в легких при новой коронавирусной инфекции COVID-19 был выраженный полиморфизм морфологических изменений: от проявлений экссудативной стадии диффузного альвеолярного повреждения до пролиферативной стадии с выраженными фибропластическими и регенераторными изменениями, что является доказательством персистенции возбудителя.

Подтвержденная биомаркерами развивающаяся системная воспалительная реакция в большей мере способствует этому повреждению. Возможна и генерализация вируса SARS-COV-2, который, транспортируясь из зоны первичной локализации в другие органы, вызывает альтеративные изменения.

Используя моноклональные антитела, мы, возможно, сумеем ответить и на этот вопрос, и на другие, неизменно сопровождающие нас в процессе изучения этого необычного нового заболевания — коронавирусной инфекции COVID-19.