Основные прогностические факторы риска цитокинового шторма у пациентов с COVID-19 (ретроспективное клиническое исследование)

Submitted 10.01.2021

Revised 30.01.2021

Published 01.04.2021

<линическая 2с21 п эакти keu Том 12 №1

Цель исследования — поиск биомаркеров-предикторов ЦШ у пациентов с COVID-19 и создание на их основе прогностической шкалы риска развития ЦШ для использования в повседневной врачебной деятельности.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Обсервационное клиническое исследование.

Критерии соответствия

Проведен анализ 458 историй болезни пациентов с COVID-19, находившихся на лечении в ГБУЗ «Городская больница № 40» Санкт-Петербурга в период с 18.04.2020 по 21.11.2020, имевших положительный результат теста на наличие РНК SARS-CoV-2 методом амплификации нуклеиновых кислот в полимеразной цепной реакции (ПЦР); клинические проявления и симптомы (лихорадку, общую слабость и недомогание, кашель и одышку); изменения по типу вирусной пневмонии на КТ-изображении легких без внутривенного контрастного усиления (преимущественно двустороннего нижнедолевого, периферического, периваскулярного, мультилобу-лярного характера; многочисленные периферические уплотнения в виде «матового стекла» округлой формы различной протяженности; уплощение междолькового интерстиция по типу булыжной мостовой, участки консолидации, симптом воздушной бронхограммы и др.) [5].

Методы регистрации исходов

У всех пациентов проводили сбор анамнестических данных с уточнением особенностей течения заболевания; объективный осмотр с оценкой параметров гемодинамики, дыхательной системы (частота дыхательных движений, частота сердечных сокращений, артериальное давление, степень насыщения крови кислородом, SpO2; степень дыхательной недостаточности); оценку по шкале раннего выявления риска у пациентов с внезапными острыми заболеваниями (National Early Warning Score, NEWS), рекомендованной к использованию для пациентов с COVID-19 [6]; компьютерную томографию (КТ) органов грудной клетки с оценкой формы заболевания по четырехзначной шкале (КT-1, КT-2, КT-3, КT-4); лабораторные исследования (клинический анализ крови; биохимический минимум; определение уровней ферритина, С-реактивного белка, IL-6, лактатдегидрогеназы, D-димера), электрокардиографию; при необходи- мости использовали дополнительные инструментальные методики.

Статистический анализ

Оценку полученных данных выполняли средствами системы STATISTICA for Windows (версия 10, лиц. BXXR310F964808FA-V). Сравнение количественных параметров (возраст, индекс NEWS, уровни D-димера, СРБ, IL-6 и др.), определение нормальности распределения выборки в группах пациентов осуществляли с использованием критериев Манна–Уитни, Колмогорова–Смирнова, медианного χ ² и модуля ANOVA, т.к. распределение всех показателей (за исключением возраста) не соответствовало нормальному. Частотные характеристики качественных показателей (пол, степень и форма патологических процессов, жалобы) оценивали с помощью непараметрических методов χ ², критерия Пирсона, критерия Фишера.

Пороговые уровни для возраста, индекса NEWS и лабораторных данных определяли с помощью метода построения деревьев классификации (Classification Trees) [7].

Относительный риск ЦШ (odds ratio, OR): отношение вероятности развития определенного исхода в группах сравнения изучали путем построения четырехпольной таблицы сопряженности с расчетом стандартной формулы и границ доверительного интервала. При наличии в таблице нулевых значений для расчета использовали поправку Хал-дейна.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Демографические данные, данные эпидемиологического анамнеза и сопутствующие заболевания пациентов исследуемой когорты представлены в табл. 1.

Основные результаты исследования

Распространенность сопутствующих заболеваний у наших пациентов существенно превышает этот показатель у взрослых пациентов с COVID-19 по литературным данным (31% [8]). Высокий процент сочетанной патологии у наших пациентов связан с определенной профилизацией нашего корпуса, а именно с лечением пациентов с тяжелым и крайне тяжелым течением болезни. В отделении реанимации и интенсивной терапии из других отделений и стационаров в связи с прогрессирующим течением COVID-19 переведен 221 (48%) пациент.

Демографические, эпидемиологические и анамнестические данные пациентов Patients’ demographic, epidemiological and anamnestic data

кт ГА

Таблица 1 / Table 1

Показатель	n (%)
Возраст, лет
• ≤39	38 (8,30)
• 40–49	58 (12,66)
• 50–59	123 (26,86)
• 60–69	139 (30,35)
• ≥70	100 (21,83)
Контакт с инфекционными больными	100 (22,22)
Выезд за пределы места проживания в течение ближайших 14 дней	45 (9,83)
Наличие у близких родственников проявлений простуды (лихорадка, кашель, слабость)	44 (9,61)
Наличие заболеваний в анамнезе:
• гипертоническая болезнь	260 (56,77)
• ишемическая болезнь сердца	222 (48,47)
• цереброваскулярные болезни	139 (30,35)
• состояние после инсульта	97 (21,18)
• состояние после острого инфаркта миокарда	34 (7,42)
• состояние после оперативного лечения	89 (19,43)
• ревматоидный артрит и другие аутоиммунные заболевания	65 (14,19)
• сахарный диабет	63 (13,76)
• хроническая болезнь почек 3-5 стадий	32 (6,99)
• злокачественные новообразования	22 (4,80)
• хроническая обструктивная болезнь легких	20 (4,37)
• хронический бронхит	20 (4,37)
• бронхиальная астма	13 (2,84)

При поступлении у пациентов зарегистрированы лихорадка (365; 80%), кашель (329; 72%), одышка (265; 57,86%), боль в мышцах (43; 9,39%), общая слабость (344; 75,11%), головная боль (36; 7,86%), боль в горле (29; 6,33%), насморк, ринорея (46; 10,04%), боль в грудной клетке (51; 11,14%), диарея (34; 7,42%), тошнота и рвота (13; 2,84%), снижение обоняния и вкуса (40; 8,73%). Наличие одного и более симптома заболевания отмечено у 450 (98,25%), КТ-признаков пневмонии — у 458 (100%) пациентов.

Пациенты были разделены на две группы, сравнимые по возрасту. Первую группу составили 100 (21,8%) пациентов с клинико-рентгенологическими особенностями, характеризующими стабильное течение заболевания средней степени тяжести; вторую — 358 (78,2%) человек с прогрессирующим среднетяжелым, тяжелым и крайне тяжелым течением болезни (табл. 2).

Лечение COVID-19 и его осложнений в 1-й группе включало антибактериальные и противовирусные препараты, профилактику гиперкоагуляции и ДВС-синдрома, симптоматическое лечение, кислородную терапию. Во 2-й группе в соответствии с тяжестью состояния для предупреждения или лечения ЦШ стандартная терапия была дополнена назначением реконвалесцентной па-тогенредуцированной плазмы, антицитокиновых препаратов, а именно: ингибиторов рецептора IL-6 (тоцилизумаб, олокизумаб, левилимаб), IL-1 (канакинумаб, RH104), JAK-киназ (тофацитиниб, руксолитиниб, барицитиниб), тирозинкиназы Bcr-Abl (радотиниб), в ряде случаев — глюкокортикоидов. По показаниям проводили этапную респираторную терапию, модифицированную антибактериальную терапию, экстракорпоральную мембранную оксигенацию, лечение сепсиса

<линическая 2с21 п эакти keu Том 12 №1

Характеристика тяжести течения заболевания в группах пациентов

Таблица 2 / Table 2

Characteristics of the disease severity in different groups of patients

Показатель 1-я группа 2-я группа Всего р n % n % Женщины 58 58,0 159 44,4 217 0,016 Мужчины 42 42,0 199 55,6 241 Степень тяжести течения заболевания: • средняя 100 100,00 153 42,74 253 0,000 • тяжелая; крайне тяжелая 0 0,00 205 57,26 205 Форма заболевания по КТ 1–4 при поступлении: • КТ-1 57 57,0 82 22,9 139 0,000 • КТ-2 43 43,0 223 62,3 263 • КТ-3 0 0,0 44 12,3 47 • КТ-4 0 0,0 9 2,5 9 Исходы заболевания: • выжившие 100 100,0 255 71,2 355 0,000 • умершие 0 0,0 103 28,8 103 и септического шока (экстракорпоральная детоксикация и гемокоррекция и др.) [5].

При поступлении у пациентов 1-й группы достоверно чаще отмечена форма заболевания КТ-1, тогда как пациенты 2-й группы чаще, чем пациенты 1-й группы, госпитализировались с более тяжелыми формами — КТ-2, КТ-3 и КТ-4. Несмотря на преобладание во 2-й группе КТ-признаков средне- тяжелого поражения легких (КТ-2), при поступлении у пациентов отмечались явления прогрессирующей дыхательной недостаточности и лихорадки (табл. 3).

Заметна достоверная разница по шкале NEWS: в 1-й группе индекс NEWS при поступлении составил в среднем 2 балла, средняя продолжительность госпитализации — 11 дней; во 2-й группе

Таблица 3 / Table 3

Сравнение групп пациентов по шкале NEWS, срокам поступления в стационар и длительности госпитализации

Comparison of patient groups via the NEWS scale, times of admission to the hospital and duration of the hospital stay

Показатель	Характеристики	1-я группа		2-я группа		р
		n	Значение	n	Значение
Индекс NEWS при поступлении	M±s.d	100	2,4±1,7	356	4,5±2,7	<0,001
	Min–max		0–8		0–14
Индекс NEWS к началу терапии цитокинового шторма	M±s.d	100	1,5±1,6	357	5,68±2,82	<0,001
	Min–max		0–6		0–14
Индекс NEWS при выписке	M±s.d	100	0,2±1,02	349	3,29±5,42	<0,001
	Min–max		0–9		0–16
Количество суток с начала заболевания до госпитализации	M±s.d	100	8,8±5,9	356	6,63±5,39	<0,001
	Min–max		0–37		0–57
День заболевания к началу терапии цитокинового шторма (антицитокиновым препаратом, плазмой, гемосорбцией)	M±s.d	100	9,0±6,0	357	10,35±5,98	<0,017
	Min–max		1–37		1–59
Сроки госпитализации (число койко-дней)	M±s.d	100	11,8±4,9	355	13,6±6,7	<0,012
	Min–max		3,2–29,0		0–44,1

кт ГА

индекс NEWS при поступлении составил в среднем 4 балла, к началу терапии антицитокиновым препаратом, антиковидной плазмой, гемосорбции — 5 баллов, средняя продолжительность госпитализации — 12 дней. У пациентов 2-й группы с тяжелым и крайне тяжелым течением заболевания зарегистрирована самая высокая смертность от осложнений (28,8% в группе, 22,5% во всей когорте). Такие пациенты исходно имели неблагоприятный прогноз заболевания в силу возраста, коморбидности, клинической тяжести по степени дыхательной недостаточности, величины индекса по шкале NEWS, распространенности и последующей негативной динамики изменений легочной ткани по данным КТ (см. табл. 3).

Показатели абсолютного количества лимфоцитов и уровней лактатдегидрогеназы (ЛДГ), СРБ, ферритина, D-димера, IL-6 иллюстрируют картину инфекционного процесса вирусной этиологии как развивающийся ЦШ (лимфопения, гиперцитокине-мия, гипервоспаление) [9, 10].

При проведении сравнительного анализа клинико-инструментальных и лабораторных данных в выделенных группах пациентов обозначены наи- более важные показатели, характеризующие признаки развития ЦШ (табл. 4).

Динамика индекса по шкале NEWS качественно отличается у пациентов разных групп: в 1-й группе индекс уменьшается [динамика –1 (–2; 0) балл], а у пациентов 2-й группы с прогрессирующим течением заболевания индекс увеличивается [динамика +1 (0; 2) балл] ( р <0,001). Обнаружены достоверные отличия лабораторных показателей (абсолютного количества лимфоцитов, уровней СРБ, ферритина, D-димера, IL-6) между группами, которые согласуются с динамикой состояния пациентов по шкале NEWS с момента поступления до начала лечения ЦШ.

Методом построения классификационных деревьев (Classification Trees) идентифицированы пороговые уровни факторов риска развития ЦШ (табл. 5).

Превышение пороговых величин основных предикторов ЦШ достоверно чаще наблюдалось у пациентов 2-й группы (табл. 6).

В дальнейшем выполняли комплексную оценку риска ЦШ с ранжированием показателей, которыми, в соответствии с рангом прогностической значимости, полученным методом построения де-

Таблица 4 / Table 4

Основные показатели, имеющие значение в диагностике цитокинового шторма, к началу упреждающей противовоспалительной терапии

Basic indices important for the cytokine storm diagnosis, to the start of preventive anti-inflammatory therapy

Показатель	1-я группа		2-я группа		р
	n	M±s.d Min–max	n	M±s.d Min–max
Возраст, лет	100	57,53±15,06	358	60,5 ± 13,37	0,05
		21–86		24–89
Лимфоциты крови, 109/л	98	1,49±0,59	349	1,28±1,39	<0,01
		0,46 – 3,2		0,23–24,62
Лактатдегидрогеназа крови, Ед/л	27	357,78±155,3	149	410,17±191,24	<0,1
		169 – 914		134–1492
С-реактивный белок крови, мг/л	91	54,61±64,92	346	106,71±79,58	<0,001
		0,5 – 274,9		0,8–361,9
Ферритин крови, нг/мл	20	328,57±185,15	190	696,28±792,88	<0,01
		57,1 – 781,3		0–7759,4
D-димер, мкг/мл	29	1,26±2,75	147	1,84±2,79	<0,05
		0,27 – 15,34		0,15–18,69
IL-6 крови, пг/мл	65	15,02±23,64	318	161,26±442,5	<0,001
		0 – 127,2		1,5–4894
Динамика индекса NEWS от момента поступления до начала лечения цитокинового шторма	100	-0,96±1,19	356	1,24±1,86	<0,001
		-4–4		-3–11

клиническая!?™Том 122 №11

Таблица 5 / Table 5

Пороговые значения предикторов развития цитокинового шторма в 1-й и 2-й группах на момент начала упреждающей противовоспалительной терапии

Threshold values of the cytokine storm predictors in group 1 and 2 to the start of preventive anti-inflammatory therapy

Показатель 1 группа 2 группа Всего р n % n % n Лактатдегидрогеназа крови, Ед/л • ≤390 20 19,80 81 80,20 101 <0,1 • >390 7 9,33 68 90,67 75 Возраст, лет • <40 лет 16 42,11 22 57,89 38 <0,01 • ≥40 лет 84 20,00 336 80,00 420 Тест на РНК SARS-CoV-2 • отрицательный 39 43,82 50 56,18 89 <0,001 • положительный 53 18,28 237 81,72 290 С-реактивный белок крови, мг/л • <50 56 38,10 91 61,90 147 <0,001 • ≥50 35 12,07 255 87,93 290 Лимфоциты крови, 109/л • ≥0,72 94 25,47 275 74,53 369 <0,001 • <0,72 4 5,13 74 94,87 78 D-димер, мкг/мл • ≥2,1 28 19,44 116 80,56 144 <0,05 • <2,1 1 3,13 31 96,88 32 Ферритин крови, нг/мл • ≥485 18 15,93 95 84,07 113 <0,01 • <485 2 2,06 95 97,94 97 Индекс по шкале NEWS, балл • <0 62 74,70 21 25,30 83 <0,001 • ≥0 38 10,19 335 89,81 373 IL-6 крови, пг/мл • ≤23 54 52,94 48 47,06 102 <0,001 • >23 11 3,91 270 96,09 281 ревьев классификации, к началу терапии ЦШ оказались:

• 1)    динамика индекса по шкале NEWS;

• 2)    уровень IL-6 крови выше 23 пг/мл;

• 3)    уровень СРБ крови равный или выше 50 мг/л;

• 4)    абсолютное количество лимфоцитов меньше 0,72 х 10⁹/л;

• 5)    положительный результат теста на РНК коронавируса (SARS-CoV-2);

• 6)    возраст пациентов 40 лет и старше.

Эти биомаркеры могут быть использованы в качестве критериев для оценки риска ЦШ. Необхо- димо отметить, что гендерные различия несущественны в дальнейшей комплексной оценке риска развития ЦШ.

На рис. 1 проиллюстрировано возрастание риска ЦШ (OR) в зависимости от величины лабораторных показателей.

Увеличение частоты случаев ЦШ коррелирует с увеличением числа факторов риска (коэффициент корреляции Rg +0,91, р <0,001) (см. табл. 6; рис. 2). Любой из представленных факторов в комбинации с наибольшим количеством других увеличивал риск развития ЦШ.

▼ж^жтжтж LVAVAVAV FATAT

Таблица 6 / Table 6

Частота цитокинового шторма при различном числе факторов риска Cytokine storm incidence for different numbers of risk factors

Число факторов риска цитокинового шторма	1-я группа		2-я группа		Всего
	n	%	n	%
Нет факторов	2	100,00	0	0,00	2
1	12	100,00	0	0,00	12
2	14	63,64	8	36,36	22
3	21	37,50	35	62,50	56
4	6	9,68	56	90,32	62
5	2	1,64	120	98,36	122
6	0	0,00	34	100,00	34
Всего	57	18,39	253	81,61	310

Для практического применения нашей прогностической модели выделены следующие категории риска:

• •    1-я категория (0–1 фактор): риск ЦШ практически отсутствует;

• •    2-я категория (2–3 фактора): риск ЦШ резко возрастает до 55%, увеличивается в 35,5 раз по сравнению с 1-й категорией;

• •    3-я категория (4 и более факторов): риск ЦШ достигает 96%, увеличивается в 718 раз по сравнению с 1-й категорией.

Полученные результаты согласуются с оценкой факторов риска ЦШ при COVID-19 других авторов [11, 12] и позволяют обосновать выбор лечебной тактики с ранним назначением упреждающей противовоспалительной терапии и антиковидной плаз-

Рис. 1. Увеличение риска цитокинового шторма (OR) при неблагоприятных значениях показателей.

Fig. 1. Increase of the cytokine storm risk with the unfavorable values of indices.

Уровень IL-6 крови >23

Динамика индекса по шкале NEWS >0

Ферритин крови>485

Д-димер крови>2,1

Лимфоциты крови<0,72 СРВ крови >50

РНК SARS-CoV-2 методом ПЦР +

Возраст >40

Лактатдегидрогеназа крови >390 Пол (муж.)

Рис. 2. Частота случаев цитокинового шторма при различном количестве факторов риска.

Fig. 2. Cytokine storm incidence for a different number of risk factors.

<линическая 2с21 п эакти keu Том 12 №1

мы реконвалесцентов для пациентов с высоким риском развития ЦШ.

ОБСУЖДЕНИЕ

Поскольку в настоящее время не разработаны убедительные прогностические критерии развития ЦШ при COVID-19, мы на примере 458 пациентов с различным течением заболевания проанализировали прогностическую силу доступных к изучению клинических, инструментальных и лабораторных параметров, стремясь найти когерентные группы или кластеры тех из них, которые являются полезными для формулирования прогноза, и установить их прогностическую силу. Для этого использовали регистрацию клинических признаков и симптомов при поступлении в стационар и в анамнезе; демографические, эпидемиологические сведения; клинические характеристики и оценку тяжести состояния по шкале NESW; степень тяжести COVID-19; ко-морбидность; анализ изменений в динамике легочной ткани («матовое стекло» ± консолидация) на КТ легких по стандартному протоколу без внутривенного контрастирования [5], а также значения лабораторных показателей крови [13] в пределах 24 ч до или после установления диагноза ЦШ и в течение последующих 7 дней госпитализации. В течение последующих 10 дней оценивали результаты определения РНК SARS-CoV-2; продолжительность лечения в стационаре и исходы болезни. При проведении сравнительной характеристики пациентов, имеющих клинико-рентгенологические признаки ЦШ, и пациентов без признаков ЦШ, выявлены потенциальные факторы риска развития ЦШ.

Нарастающее увеличение показателя по шкале NEWS характеризует клиническую тяжесть течения заболевания и прогрессирование гемодинамических нарушений. Так, в 1-й группе пациенты при поступлении имели индекс не более 4 баллов, который уменьшался на фоне терапии на 1–2 балла, в то же время у пациентов 2-й группы отмечалось увеличение числа баллов на 1,24±1,86 при исходном более высоком значении индекса. Достоверные различия между 1-й и 2-й группами получены при анализе уровней IL-6, СРБ, ферритина, количества лимфоцитов. Таким образом, при прогрессирующем течении заболевания мы видим нарастающие показатели биомаркеров, которые участвовали в реализации клинической картины ЦШ у наших пациентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К основным факторам риска развития цито-кинового шторма у больных COVID-19 относятся мужской пол, возраст старше 40 лет, положительный тест на РНК SARS-CoV-2, лимфопения, уровни ЛДГ, D-димера, ферритина и IL-6, динамика индекса по шкале NEWS. Лабораторными критериями для диагностики и динамического контроля за течением цитокинового шторма являются абсолютное количество лимфоцитов, уровни ЛДГ, СРБ, ферритина, D-димера и IL-6. Разработанная прогностическая шкала позволяет выделить группу пациентов с высоким риском развития ЦШ для раннего назначения противовоспалительной терапии.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Участие авторов. А.Ю. Анисенкова — лечение пациентов, обсуждение результатов исследования, написание текста статьи; С.В. Апалько, З.П. Асауленко — лабораторные исследования биологических образцов пациентов; А.Н. Богданов, Д.А. Вологжанин — обсуждение результатов исследования, редактирование текста статьи; Е.Ю. Гарбузов — лечение пациентов; О.С. Глотов — тестирование биологических образцов пациентов на наличие коронавируса SARS-CoV-2; Т.А. Камилова — поисково-аналитическая работа, обсуждение и редактирование текста статьи; О.А. Клиценко — обработка и обсуждение результатов исследования; Е.М. Минина — рентгенологическая диагностика; С.В. Мосенко — обследование пациентов, обсуждение результатов исследования, редактирование текста статьи; Д.Н. Хоботников — лечение пациентов; С.Г. Щербак — руководство лечением пациентов, обсуждение результатов исследования.

Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Author contribution. A.Yu. Anisenkova, E.Yu. Garbuzov, D.N. Khobotnikov — treatment of patients; S.V. Apalko, Z.P. Asaulenko — laboratory studies of biological samples of patients; A.N. Bogdanov, D.A. Vologzhanin, O.A. Klitsenko — processing and discussion of the study results, manuscript writing; A.S. Golota, T.A. Kamilova — literature search and analysis, discussion of the study results, manuscript writing; O.S. Glotov — testing of biological samples of patients

▼ж^жтжтж «АТАТАТ FATAT

KT FA

for SARS-CoV-2 coronavirus; E.M. Minina — radiological diagnostics; S.V. Mosenko — examination of patients; S.G. Shcherbak — management of the patient treatment and discussion of the study results.

The authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Исследование и публикации статьи финансируются из бюджета СПб ГБУЗ «Городская больница № 40 Курортного административного района».

Funding source. The study was funded by Saint-Petersburg City Hospital No 40 of Kurortny District.