Comparative analysis of laboratory data of patients suffering from SARS-CoV-2-induced pneumonia and bacterial pneumonia

Full Text

Введение. В декабре 2019 г. в Ухане (провинция Хубэй, Китай) была зафиксирована серия острых респираторных заболеваний неизвестной этиологии с развитием пневмонии, дыхательной недостаточности, острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС). Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) 11 февраля 2020 г. присвоила официальное название инфекции, вызванной новым коронавирусом, – COVID-19 («Coronavirus disease 2019»). Международный комитет по таксономии вирусов 11 февраля 2020 г. присвоил официальное название возбудителю инфекции – SARS-CoV-2 [25].

Число заболевших быстро увеличивалось, и инфекция распространилась в другие районы Китая. В настоящее время COVID-19 широко распространился по всему миру, затрагивая более семидесяти стран. Вследствие стремительного распространения и высокой летальности нового заболевания 11 марта 2019 г. ВОЗ объявила вспышку нового типа коронавируса COVID-19 пандемией [1].

Коронавирус SARS-CoV-2 является оболочечным РНК-вирусом из царства Riboviria, отряд Nidovirales, подотряд Cornidovirineae, семейство Coronaviridae, подсемейство Orthocoronavirinae, род Betacoronavirus, подрод Sarbecovirus, вид SARS [15].

Известно, что коронавирусы вызывают заболевания у людей и животных. Четыре из них (коронавирусы человека) обычно поражают только верхние дыхательные пути и вызывают относительно легкие симптомы [13]. Однако существует три коронавируса (коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV), коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV) и SARS-CoV-2), которые могут реплицироваться в нижних дыхательных путях и вызывать поражение легких с высокой вероятностью смертельного исхода. SARS-CoV-2 относится к роду бета-коронавирусов. Его ближайший родственник среди коронавирусов человека — SARS-CoV с 79% генетического сходства [27]. Однако среди всех известных генетических последовательностей коронавирусов SARS-CoV-2 наиболее похож на коронавирус летучей мыши RaTG13 со сходством 98% [8]. Также высокое сходство наблюдается с геномом коронавируса панголина (чешуйчатый муравьед) [22].

SARS-CoV2 способен передаваться от человека к человеку и может существовать на твердых поверхностях по крайней мере несколько часов [10, 23]. Считается, что основными путями передачи инфекции является воздушно-капельный и контактно-бытовой (через загрязненные поверхности). Средний инкубационный период инфекции составляет приблизительно 4–5 дней до появления симптомов, у 97,5% пациентов симптомы развиваются в течение 11,5 дней [18]. Самыми распространенными симптомами являются лихорадка, сухой кашель, одышка, миалгия, реже бывают головные боли, головокружение, диарея, а в тяжелых случаях у пациентов, страдающих COVID-19, часто развивается ОРДС [3, 4, 11].

Известно, что SARS-CoV-2 использует в качестве рецепторов-мишеней поверхностные рецепторы ангиотензин-превращающего фермента 2 (АПФ-2), которые находятся на поверхности альвеолоцитов, эпителиальных клеток бронхиального дерева и др. [26]. Особенность взаимодействия SARS-CoV-2 с этими клетками состоит в том, что вызванная инфицированием активная репликация и высвобождение вируса индуцируют в клетке-хозяине пироптоз с высвобождением DAMPs-белковых и небелковых молекулярных фрагментов, ассоциированных с повреждениями (или молекулярный фрагмент, ассоциированный с опасностью, запускает воспаление неинфекционного генеза: аденозинотрифосфорную кислоту, нуклеиновые кислоты и олигомеры, ассоциированные с апоптозом белка, содержащего домен активации и рекрутирования каспаз. Они распознаются соседними эпителиальными клетками, эндотелиальными клетками и альвеолярными макрофагами, вызывая генерацию провоспалительных цитокинов и хемокинов [20], которые в свою очередь являются аттрактантами для иммунных клеток. Предполагается, что тяжелые случаи COVID-19 ассоциированы с дисрегуляцией иммунного ответа, при которой происходит избыточное накопление иммунных клеток в ткани легких, что приводит к дальнейшей выработке провоспалительных цитокинов [5]. Развивается цитокиновый «шторм», достигающий всех органов и систем, что может привести к полиорганной недостаточности. Выделяющиеся в кровь цитокины: интерлейкин (IL)-6, интерферон-γ, моноцитарный хемотаксический белок 1 и интерферон-γ индуцибельный белок [11] – привлекают в очаг инфекции Т-клетки и моноциты [21]. Согласно проведенному большому метаанализу [12] роли моноцитов в патогенезе COVID-19, значительное увеличение моноцитов, продуцирующих IL-6, было отмечено у пациентов, страдающих легкой формой COVID-19 (n=21), количество таких моноцитов у пациентов, страдающих тяжелой формой заболевания (n=12), еще больше. Это позволяет сделать вывод, что моноциты занимают одно из главных мест в патогенезе COVID-19.

Особенностью развития данной болезни также является высокая опасность тромбообразования, что подтверждают многочисленные исследования. Это может быть связано с тем, что один из факторов, способствующих активации системы свертывания крови, – рост концентрации провоспалительных цитокинов [7]. Это укладывается в концепцию взаимосвязи между воспалением и тромбозом (так называемый «иммунотромбоз»). Также имеется гипотеза о ведущей роли иммунотромбоза с поражением микрососудов легких в прогрессировании дыхательной недостаточности при COVID-19 [24]. Поэтому важно не забывать контролировать систему гемостаза у пациентов, страдающих COVID-19. Согласно ретроспективному изучению электронных историй болезни 183 больных, страдающих тяжелой формой COVID-19, за время гос-питализации диссеминированное внутрисосудистое свёртывание отмечено у 71,4% умерших и всего у 0,6% выписавшихся из стационара [14].

Тромбоз, как выяснилось, – одно из наиболее распространенных осложнений коронавирусной инфекции, которое часто приводит к гибели больных. Первая скончавшаяся в России пациентка с диагностированным коронавирусом умерла именно из-за двусторонней тромбоэмболии легочной артерии [6].

Вышеизложенное свидетельствует о наличии существенных различий патогенеза бактериальных пневмоний и поражения легких, вызванного COVID-19. Поэтому сравнительный анализ лабораторных показателей, наблюдаемых у пациентов, страдающих бактериальными пневмониями, и пневмонией, вызванной COVID-19, представляет определенный клинический интерес.

Цель исследования. Сравнить лабораторные показатели больных, страдающих бактериальной пневмонией, и пневмонией, вызванной SARS-CoV-2. Оценить зависимость между лабораторными показателями и формирующими их патогенетическими механизмами. Выявить значимые факторы риска тяжелого, прогрессирующего течения и неблагоприятного исхода COVID-19.

Материалы и методы. Проведен ретроспективный анализ лабораторных показателей выживших пациентов (23 мужчин и 20 женщин) в возрасте от 26 лет до 79 лет, полученных в период с мая по июль 2020 г. с верифицированным диагнозом COVID-19 (МКБ-10 U07.1) во временном инфекционном госпитале в парке «Патриот» Одинцовского городского округа, а также ретроспективный анализ историй болезни 12 выживших пациентов с диагностированной пневмонией бактериальной этиологии, полученных в период с мая по июль 2020 г. в Центральной районной больнице Миллеровского района Ростовской области.

Полученные числовые данные обработаны методами дескриптивной и многомерной статистики (множественный регрессионный анализ, тест ANOVA, факторный анализ). Данные представлены в виде M±m, где M – средняя, m – стандартная ошибка. Различия средних групп сравнения определяли с помощью z-теста.

Результаты и их обсуждение. При сравнении лабораторных показателей больных, страдающих бактериальной пневмонией, и пневмонией, вызванной COVID-19, обнаружено увеличение прямого билирубина на 84% и величины тромбокрита в 3 раза у больных COVID-19 по сравнению с больными бактериальной пневмонией (табл. 1).

 

Таблица 1

Лабораторные показатели больных бактериальной пневмонией и больных COVID-19 без деления по полу

Показатель	Бактериальная пневмония			COVID-19			p=
	M±m	Min	Max	M±m	Min	Max
Возраст, лет	40,1±10,1	25	52	51,6±12,6	26	79	0,1415
Билирубин общий, мкмоль/л	12,7±3,3	9,1	19	12,8±7,6	4,6	32,1	0,9649
Билирубин прямой, мкмоль/л	2,5±1,4	1,2	4,8	4,6±2,4	2,3	10,5	0057
АЛТ, ед/л	44,7±30,7	18	114	40,6±25	11,2	125,9	0,6348
АСТ, ед/л	35,6±13	16	50	31,7±15,9	13,6	85,8	0,4397
Креатинин, мкмоль/л	77±10,2	58	86	85,9±18,8	60,6	122,3	0,1225
СРБ, мг/л	10,7±8,5	3	24	9,1±8,6	1,3	34	0,5703
Глюкоза, ммоль/л	5,3±1,8	3,9	9,1	5,4±1,1	4,3	9,9	0,8114
Эритроциты, ×1012/л	4,8±0,5	3,5	5,4	5±0,6	3,6	7,5	0,29862
Лейкоциты, ×109/л	7,2±1,8	4,3	10	6,9±3,4	1	20	0,7706
Гемоглобин, г/л	149,3±20,2	105	172	144,4±19,2	106	223	0,4429
Гематокрит, %	42,6±4,5	31,4	46,7	43±5,2	32,5	64	0,8097
Объем эритроцитов, fl	89,1±2,9	84,9	96,2	85,8±4,8	73,4	102,6	028
Моноциты, %	0,6±0,2	0,3	0,8	0,7±0,3	0,2	1,6	0,2826
Лимфоциты, %	2,3±0,9	0,9	3,2	1,9±0,7	0,3	3,9	0,1064
Тромбокрит, %	0,1±0,1	0,1	0,3	0,3±0,1	0,1	0,6	0

Примечание: АЛТ – аланинаминотрансфераза; АСТ –аспартатаминотрансфераза; СРБ – С-реактивный белок.

 

Установлено, что у больных COVID-19 наблюдается умеренный внутрисосудистый гемолиз с активацией образования тромбоцитов и склонностью к тромбозам. Данный эффект не наблюдался при бактериальных пневмониях. По данным P. Paliogiannis, Z. Angelo [19], этот же феномен обнаружен в 5 других исследованиях с января по апрель 2020 г., где повышенный уровень билирубина ассоциировался с тяжелым течением COVID-19. Это же наблюдение продемонстрировано в исследовании P. Bloom [9] в группе из 60 больных COVID-19, у которых билирубин был повышен в 7% случаев (у пациентов с тяжёлым течением) и ассоциировался с необходимостью проведения продленной искусственной вентиляции легких. Таким образом, уровень общего билирубина является одним из показателей, указывающих на тяжесть течения COVID-19.

В лабораторных показателях больных COVID-19 половых различий, выходящих за известные пределы физиологической нормы, не выявлено. Вместе с тем у мужчин величины гематокрита, гемоглобина и креатинина плазмы были статистически выше, чем у женщин, но величина уровня С-реактивного белка у женщин была в 5 раз больше (табл. 2).

 

Таблица 2

Лабораторные показатели женщин и мужчин, больных COVID-19

Показатель	Женщины			Мужчины			p=
	M±m	Min	Max	M±m	Min	Max
Возраст, лет	56,8±11,7	38	79	51,6±12,6	26	79	0506
Билирубин общий, мкмоль/л	14,1±9,5	4,6	32,1	12,8±7,6	4,6	32,1	0,4854
Билирубин прямой, мкмоль/л	4,9±3,8	2,4	10,5	4,6±2,4	2,3	10,5	0,6627
АЛТ, ед/л	41,2±24,1	19,7	112,2	40,6±25	11,2	125,9	0,9101
АСТ, ед/л	32,7±14,6	16,9	58,5	31,7±15,9	13,6	85,8	0,7620
Креатинин, мкмоль/л	72,7±13,1	60,6	96,7	85,9±18,8	60,6	122,3	0003
СРБ, мг/л	11,5±10,1	1,3	34,4	5,2±3,1	2,1	10,9	0002
Глюкоза, ммоль/л	5,6±1,4	4,3	9,9	5,4±1,1	4,3	9,9	0,4634
Эритроциты, ×1012/л	4,7±0,5	3,6	5,4	5±0,6	3,6	7,5	0137
Лейкоциты, ×109/л	6,6±2,8	2,6	15	6,9±3,4	1	20	0,6563
Гемоглобин, г/л	135,5±14,7	106	158	144,4±19,2	106	223	0180
Гематокрит, %	40,5±3,9	32,5	48,2	43±5,2	32,5	64	0136
Объем эритроц., fl	85,7±5,6	73,4	102,6	85,8±4,8	73,4	102,6	0,9294
Моноциты, %	0,7±0,3	0,4	1,6	0,7±0,3	0,2	1,6	1000
Лимфоциты, %	1,7±0,5	1	2,4	1,9±0,7	0,3	3,9	0,1311
Тромбокрит, %	0,3±0,1	0,2	0,6	0,3±0,1	0,1	0,6	1000

 

В целом полученный результат свидетельствует о низкой прогностической значимости этих лабораторных показателей при COVID-19 без дополнительного статистического анализа. Поэтому нами осуществлена попытка анализа методами многомерной статистики. G. Chen [11] отметил, что у 51% больных коронавирусной инфекцией снижается концентрация гемоглобина крови без снижения уровня эритроцитов. Можно предположить, что эритроцит при атаке вирусом SARS-CoV-2 не разрушается, но становится «дефектным» вследствие разобщения атомов железа и молекул порфирина в геме.

P. Bloom [9] обнаружил клинически значимое увеличение плазменных концентраций аланин- и аспартатаминотрансфераз у 93% пролеченных больных COVID-19. В нашем исследовании такой эффект не наблюдался. Это может быть связано с тем, что 40% больных в исследовании P. Bloom получали статины до поступления в стационар и 80% – во время лечения в стационаре, тогда как наши пациенты статины не получали.

В предварительно проведенном нами кластерном анализе было установлено, что основной фактор кластеризации полученных данных – величина гемоглобина. По этой причине гемоглобин был выбран как зависимый фактор при построении уравнения множественной регрессии.

В результате проведения регрессионного анализа лабораторных данных больных COVID-19 без деления на группы по полу при зависимом предикторе «величина гемоглобина» была установлена статистически значимая связь этого показателя с количеством эритроцитов (b₁= –0,76, b₂= –23,2), величиной гематокрита (b₁=1,8, b₂=6,7), количеством моноцитов (b₁= –0,19, b₂= –20,7), формализованными результатами компьютерной томографии (b₁=0,26, b₂=12,7), концентрацией креатинина плазмы (b₁= –0,13, b₂= –0,23) и средним объемом эритроцитов (b₁= –0,34, b₂= –2,8). Коэффициент детерминации – R²=0,99999968, что говорит о высоком качестве полученной модели и наличии функциональной связи показателей, образующих регрессионную модель. Критерий F=516612. Результат дисперсионного анализа в тесте ANOVA был достоверен при p=001065, что говорит о высокой статистической значимости полученного уравнения регрессии:

HGB = –076 + 1,82 гематокрит – 0,19 моноциты + 0,26 KT – 0,13 креатинин – 0,34 объем эритроцитов,

где КТ – формализованные результаты компьютерной томографии легких.

В целом данные по величине гемоглобина хорошо линеаризуются (рис.).

 

Рис. Прогнозируемые значения гемоглобина на диаграмме рассеяния, коэффициент корреляции (r) = 0,91381

 

При проведении факторного анализа лабораторных данных выявлены три фактора (табл. 3). Первый фактор образуют значения КТ, эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, гематокрита, моноцитов, лимфоцитов, тромбокрита. KT, количество лейкоцитов, моноцитов, лимфоцитов и тромбокрит коррелируют отрицательно, тогда как эритроциты, гемоглобин и гематокрит – положительно. Физический смысл 1-го фактора можно интерпретировать как связь состояния красной и белой крови и результата КТ, то есть степени поражения легких. Судя по величине дисперсии, значимость показателей, формирующих 1-й фактор, практически в два раза выше, чем показателей, формирующих 2-й фактор. Последний образуют такие показатели, как возраст и креатинин (отрицательная корреляция). Его физический смысл – сохранность почечной функции с возрастом. В данном контексте чем меньше возраст и меньше креатинин плазмы, тем лучше. Наименее значимым оказался 3-й фактор. Он фактически представляет собой отрицательно коррелирующую величину прямого билирубина, что может отражать роль разрушения эритроцитов в патогенезе поражения при COVID-19.

 

Таблица 3

Факторные нагрузки исследуемых показателей

Показатель	Фактор
	1-й	2-й	3-й
Возраст	0,18615	0,80399	–0,3174
Билирубин прямой	–0,1281	–0,2522	–0,8627
АЛТ	–0,6123	0,64209	–0,1987
Креатинин	06552	–0,9202	–0204
КТ	–0,8202	–0,5015	0,1963
Эритроциты	0,87447	–0,4436	–0984
Лейкоциты	–0,7518	–0,2404	–0,5342
Гемоглобин	0,89334	–0,388	–0207
Гематокрит	0,85787	–0,3934	0108
Средний объем эритроцитов	–0,1791	0,26073	0,5114
Моноциты	–0,8395	–0,4666	–0128
Лимфоциты	–0,852	–0,4129	0,15555
Тромбокрит	–0,9742	–056	0,10643
Общая дисперсия	6,37868	3,23972	1,51617
Доля общей дисперсии	0,49067	0,24921	0,11663

 

Как видно из таблицы 3, в образовании 1-го, 2-го и 3-го факторов участвуют те же лабораторные показатели, которые формируют регрессионное уравнение. В то же время лабораторные показатели больных бактериальными пневмониями не кластеризуются и по ним невозможно составить регрессионное уравнение и сформировать предикторные модели. Тогда как лабораторные показатели больных COVID-19 формируют направленный патогенетический ответ организма в целом, что вызывает многопетлевые связанные изменения гомеостаза.

К сожалению, имеющийся в нашем распоряжении объем данных не позволил провести качественный дискриминантный анализ, что при очень большом объеме данных могло бы привести к получению дискриминантных уравнений, устойчивых к случайным «выбросам». Это позволило бы по имеющимся ключевым индивидуальным лабораторным показателям выделять больных, страдающих COVID-19, на ранних этапах – уже в первые часы поступления в клинику.

Выводы

1. Полученные нами данные об участии внутрисосудистого гемолиза, ассоциированного с активацией тромбоцитарного звена системы гемостаза, совпадают с ранее опубликованными наблюдениями других авторов.
2. В целом обычные лабораторные показатели не выявляют критичные для клиники различия бактериальных пневмоний и пневмоний, ассоциированных с COVID–19.
3. По-видимому, раннее выявление респираторных заболеваний и контроль динамики течения заболеваний, вызванных семейством бета-коронавирусов, должно основываться на лабораторном контроле таких процессов, как пироптоз, коагулопатия потребления, а также на изучении статуса системы цитокинов.

About the authors

D. D. Ismailov

Military medical academy of S.M. Kirov

Author for correspondence.
Email: vmeda-nio@mil.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

T. A. Isaev

Military medical academy of S.M. Kirov

Email: vmeda-nio@mil.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

S. B. Shustov

Military medical academy of S.M. Kirov

Email: vmeda-nio@mil.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

T. S. Sveklina

Military medical academy of S.M. Kirov

Email: vmeda-nio@mil.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

V. A. Kozlov

Chuvash State University

Email: vmeda-nio@mil.ru
Russian Federation, Cheboksary

References

Supplementary files