21 июля 2020, 00:00

Ассоциация начальной вирусной нагрузки и клинического течения при тяжелом остром респираторном синдроме, вызванном коронавирусом 2 (SARS-CoV-2)

Ассоциация начальной вирусной нагрузки и клинического течения при тяжелом остром респираторном синдроме, вызванном коронавирусом 2 (SARS-CoV-2)

Оригинал: The American Journal of Pathology

Автор Kimon V. Argyropoulos et al.

Опубликовано: 21 июля 2020, The American Journal of Pathology

Перевод: Ибрагимова Дина, Фонд профилактики рака

Динамика вирусной нагрузки (ВН) нового коронавируса 2019 года (тяжелый острый респираторный синдром коронавируса 2) и его связь с различными клиническими параметрами остаются плохо описанными среди пациентов в США. В этой статье мы исследуем связи между ВН и другими параметрами, такими как тяжесть симптомов, диспозиция (госпитализация в сравнении с отказом от госпитализации), длительность госпитализации, госпитализация в отделение интенсивной терапии, продолжительность потребности в кислородной поддержке и общая выживаемость в группе из 205 пациентов центра бесплатной специализированной медицинской помощи в Нью-Йорке. ВН определяли с использованием количественной ПЦР преобразованные для стандартизации. Для проверки этих ассоциаций использовались одномерные и многомерные регрессионные модели. Мы обнаружили, что диагностическая вирусная нагрузка значительно ниже у госпитализированных пациентов, чем у не госпитализированных пациентов после поправки на возраст, пол, расу, индекс массы тела и сопутствующие заболевания. Более высокая ВН была связана с более короткой продолжительностью симптомов у всех групп пациентов и также у госпитализированных пациентов с более коротким пребыванием в больнице. Не отмечено значимой связи между ВН, поступлением в отделение интенсивной терапии, продолжительностью кислородной поддержки и общей выживаемостью. Наши результаты предполагают более высокий риск распространения вируса у пациентов c меньшими симптомами, что является важным соображением для стратегий сдерживания при тяжелом остром респираторном синдроме коронавируса 2. Кроме того, мы отождествляем новую связь между вирусной нагрузкой и историей рака. Для проверки наших выводов необходимы большие исследования.

Новый коронавирус 2019 года (тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2) был впервые задокументирован в декабре 2019 года в Ухане, Китае, и привел к значительной глобальной заболеваемости и смертности [1]. SARS-CoV-2 генетически связан с коронавирусом атипичной пневмонии (SARSCoV), который вызвал эпидемию в 2002-2003 гг. Хотя это не доказано, считается, что эпидемия атипичной пневмонии была успешно сдержана в рамках мероприятий общественного здравоохранения; тем не менее, помимо различий в политике своевременности и эффективности между двумя эпидемиями, все ж таки SARS-CoV-2 оказалось значительно сложнее сдержать. Оба вируса используют один и тот же рецептор для входа в клетку; тем не менее, SARS-CoV-2 использует модифицированный белок шипа, который имеет более высокую авидность для соответствующего человеческого рецептора и, вероятно, усиливает вирулентность вируса [2,3]. Кроме того, два вируса показывают разную кинетику выделения вируса. При SARS-CoV пик вирусной нагрузки (ВН) в среднем через 10 дней после появления симптомов; в сравнении, недавнее исследование с 94 субъектами Народной больницы Гуаньчжоу в Китае показало, что при SARS-CoV-2 пик вирусной нагрузки приходится на 0,7 дня до появления симптомов, отсюда вывод, что передача инфекции происходит на ранних стадиях [4-7]. В результате для сдерживания болезни могут потребоваться стратегии, отличные от тех, что использовались в сдерживании SARS-CoV. Вдобавок, авторы сравнили кинетику вирусной нагрузки в легких и тяжелых случаях (COVID-19) и сообщили об отсутствии различий между двумя группами [7].

Аналогичным образом, исследование 5000 субъектов из Ломбардии, Италия, не показали различий в вирусных нагрузках между бессимптомными носителями и больными с симптомами COVID-19 [8]. С другой стороны, исследование с 76 пациентами в Наньчане, Китай, показало, что госпитализированные пациенты с тяжелым заболеванием, как правило, имеют высокую вирусную нагрузку и более длительный период выделения вируса по сравнению с более легкими случаями [9].

На сегодняшний день не ведется исследований по установлению связи между вирусной нагрузкой с различными клиническими параметрами и исходом в популяции пациентов США. Здесь мы стремились определить потенциальную связь между полученной вирусной нагрузкой от пациентов с SARS-CoV-2 в отделении интенсивной терапии бесплатной специализированной медицинской помощи в Нью-Йорке и различными клиническими параметрами. Эти параметры включали тяжесть симптомов, размещение (госпитализация в сравнении с выпиской сразу или отказом в госпитализации), продолжительность госпитализации, госпитализация в отделение интенсивной терапии, продолжительность потребности в кислородной поддержке и общая выживаемость. Мы также пытались определить, связаны ли определенные сопутствующие заболевания с более высокой вирусной нагрузкой, или нет.

Материалы и методы

Популяция пациентов и сбор данных

После рассмотрения и одобрения ведомственной контрольной комиссией (исследование i20-00616), мы провели ретроспективное обсервационное исследование, включающее пациентов с подтвержденным COVID-19, находящихся в нашем отделении неотложной помощи в Манхэттене, Нью-Йорк, с 12 марта по 18 марта 2020 года. В это исследование включены только взрослые пациенты (>18 лет). Клинические и демографические данные были собраны Центром исследования и разработки биологических образцов в Университете Нью-Йорка в соответствии с утвержденным протоколом институциональной контрольной комиссии (исследование S16-00122) универсальным механизмом сбора и хранения человеческих биологических образцов для исследований. [10]. Данные пациентов были собраны из электронных медицинских карт, и мы проанализировали исходную демографию, тяжесть симптомов, терапевтическую тактику, клинический курс, лабораторные данные, и клинические результаты. Длительность симптомов рассчитывали от дня начала заболевания до забора мазка из носоглотки. Был включен анализ некоторых сопутствующих заболеваний, таких как гипертония, астма, хроническая обструктивная болезнь легких, диабет, хроническая болезнь почек и рак в анамнезе. Продолжительность наблюдения составила 8 недель.

Обсуждение и выводы

Хотя качественные анализы ПЦР SARS-CoV-2 широко внедрены для диагностики COVID-19, клиническая полезность количественного ПЦР SARS-CoV-2 для определения вирусных копий остается неопределенной. Исследования, проведенные к настоящему времени, показали противоречивые доказательства в отношении кинетики выделения вируса между умеренным и тяжелым течением COVID-19, в то время как не было отмечено никакой связи с клиническим исходом [7,9]. Целью данного исследования было изучение вопроса, имеет ли диагностика вирусной нагрузки какой-либо эффект или связь с известными клиническими параметрами и исходом.

Мы показали, что диагностическая вирусная нагрузка выше у негоспитализированных пациентов и имеет значительную обратную корреляцию с длительностью симптомов. Эта обратная зависимость вирусной нагрузки и продолжительности симптомов также наблюдалась в подгруппе госпитализированных и оценивается в одномерном и многомерном анализе. Наши результаты подтверждают, что вирусная нагрузка достигает пика вскоре после появления симптомов, что также подтверждают результаты исходных азиатских когорт, которые установили, что вирусная нагрузка достигает пика в стадии до появления симптомов болезни и постепенно снижается, чтобы стать не обнаружимой к 18-21 дню [7].

Кроме того, мы показали, что вирусная нагрузка обратно коррелирует с тяжестью заболевания. Мы думаем, что более высокая вирусная нагрузка наблюдается при легком, а не тяжелом течении болезни, поскольку она отражает время от начала инфекции. Эти выводы интересны, если их интерпретировать в рамках наших современных знаний естественной истории COVID-19. Хотя многие пациенты с COVID-19 восстанавливаются после появления начальных симптомов в течение 14-21 дня, значительная часть пациентов показывает клиническое ухудшение до тяжелого течения заболевания, возникающее обычно через неделю после появления симптомов [11]. В нашей группе вирусная нагрузка определялась при взятии проб из носоглотки у пациентов, нуждающихся в госпитализации (большинство из которых имели тяжелые или критические симптомы), т.е. были получены в более поздний момент течения болезни. Этот факт находится на одном уровне с предыдущими исследованиями, демонстрирующими, что более длительная продолжительность болезни не обязательно связана с более высокой вирусной нагрузкой, а скорее с низкой вирусной нагрузкой [7]. Результаты также показывают, что пациенты с легкими симптомами COVID-19 могут представлять наиболее важный упущенный из виду источник распространения, учитывая более высокую вирусную нагрузку. Мы считаем, что стратегии сдерживания инфекции могут использовать количественное определение вирусной нагрузки для выявления пациентов с высокими титрами вируса. В условиях больничной сортировки информация о вирусной нагрузке может быть использована для определения того, какой именно пациент будет помещен в комнату с отрицательным давлением. В амбулаторных условиях клиницисты могут использовать определение вирусной нагрузки в качестве количественного показателя для подкрепления аргументов важности самоизоляции и ношения маски для уменьшения риска распространения инфекции

Wölfel и соавторы [12] обнаружили, что у пациентов с COVID-19 верхний пик респираторной вирусной нагрузки отмечался в первую неделю развития симптомов. Несмотря на 100% сероконверсию исследуемой когорты к 14 дню и прекращение симптомов, у пациентов продолжалась активная репликация вируса в тканях верхних дыхательных путей, выявляемая с помощью ПЦР. Хотя наше исследование не дает временную характеристику виремии у больных с COVID-19, мы наблюдали достоверно длительный симптоматический интервал / продолжительность у пациентов с тяжелым течением заболевания. И наоборот, у пациентов с более коротким симптоматическим интервалом наблюдаются легкие симптомы, как это было отмечено в когорте наших негоспитализированных пациентов.

Chen и соавторы [13] описали временную прогрессию COVID-19 у 249 пациентов из Шанхая; авторы определили, что пациенты отделения интенсивной терапии оставались ПЦР положительными и имели более длительный интервал / продолжительность симптомов по сравнению с пациентами, не получающими интенсивную терапию. Кроме того, Liu и соавторы [9] показали, что в легких случаях вирусная нагрузка значительно ниже по сравнению с тяжелыми случаями. Тем не менее, в обоих исследованиях группы были составлены исключительно из госпитализированных пациентов, в отличие от нашего исследования, которое включало как негоспитализированных, так и госпитализированных пациентов.

Более того, исследования до сих пор не оценили взаимосвязь между вирусной нагрузкой и клиническими исходами COVID-19. Мы показали, что нет значительной связи между вирусной нагрузкой и клиническими результатами, включая продолжительность пребывания, потребность в кислородной поддержке или выживаемостью. Интересно отметить, что во многих публикациях освещаются тяжелые случаи COVID-19 с высокой патологической пораженностью, возникающей на поздних стадиях заболевания, что позволяет предположить, что тяжелые симптомы, вероятно, не связаны с высокими вирусными титрами [11]. Вместо этого ухудшение состояния пациентов, по-видимому, связано с острым респираторным дистресс-синдромом и мультисистемной полиорганной недостаточностью, связанной с иммунологической гиперактивацией, характеризующейся высоким уровнем цитокинов, таких как IL-6 и фактор некроза опухолей, активацией лимфоцитов, дифференцировкой T-хелперов и сопутствующей тяжелой лимфопенией, скорее всего вызванной запрограммированной гибелью клеток [14,15]. Высокая заболеваемость и смертность, связанные с COVID-19, по-видимому, напрямую связаны с этим нерегулируемым воспалительным ответом, а не вызвана высокими титрами вирусной нагрузки как таковой.

Наше исследование ограничено тем, что анализируемая когорта состояла преимущественно из негоспитализированных пациентов и только небольшая группа пациентов имела тяжелое течение инфекции COVID-19. Кроме того, данные о вирусной нагрузке были получены в определенный момент времени и только из верхних дыхательных путей посредством мазков из носоглотки. Хотя это рекомендуемый CDC метод, было бы крайне важным использовать для сравнения результаты дополнительной синхронной и долговременной выборки из других источников, таких как нижние дыхательные пути и бронхоальвеолярный лаваж (у интубированных пациентов). Хотя из-за технических проблем есть опасность сбора образцов и повышенный риск заражения вирусом, дальнейшее количественное изучение вирусной нагрузки из тканей нижних дыхательных путей и крови у пациентов с тяжелым заболеванием может оказаться лучшим для прогнозирования дальнейших клинических результатов.

Хотя кажется, что диагностика вирусной нагрузки не имеет прогностической ценности, с точки зрения прогнозирования результатов, она является важным суррогатным эпидемиологическим маркером вирулентности, особенно для негоспитализируемых пациентов с умеренными симптомами. Поэтому наш анализ дает обоснование для внедрения диагностики вирусной нагрузки в сочетании с качественными методами в рамках начального диагностического арсенала для пациентов в отделении неотложной помощи с подозрением на COVID-19. Несмотря на то, что эта практика является наиболее важной в популяции бессимптомных пациентов или пациентов со слабыми симптомами, ручной характер количественного анализа может ограничить ее широкомасштабную интеграцию в рабочий процесс диагностической лаборатории. Автоматизация количественных методов может решить эту проблему в будущем.

ССЫЛКИ

1. Li Q, Guan X, Wu P, Wang X, Zhou L, Tong Y, et al: Early transmission dynamics in Wuhan, China, of novel coronavirus-infected pneumonia. N Engl J Med 2020, 382:1199e1207

2. Li W, Moore MJ, Vasilieva N, Sui J, Wong SK, Berne MA, Somasundaran M, Sullivan JL, Luzuriaga K, Greenough TC, Choe H, Farzan M: Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature 2003, 426:450e454

3. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, Kruger N, Herrler T, Erichsen S, Schiergens TS, Herrler G, Wu NH, Nitsche A, Muller MA, Drosten C, Pohlmann S: SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitor. Cell 2020, 181:271e280.e8

4. Peiris JS, Chu CM, Cheng VC, Chan KS, Hung IF, Poon LL, Law KI, Tang BS, Hon TY, Chan CS, Chan KH, Ng JS, Zheng BJ, Ng WL, Lai RW, Guan Y, Yuen KY, Group HUSS: Clinical progression and viral load in a community outbreak of coronavirus-associated SARS pneumonia: a prospective study. Lancet 2003, 361:1767e1772

5. Riley S, Fraser C, Donnelly CA, Ghani AC, Abu-Raddad LJ, Hedley AJ, Leung GM, Ho LM, Lam TH, Thach TQ, Chau P, Chan KP, Lo SV, Leung PY, Tsang T, Ho W, Lee KH, Lau EM, Ferguson NM, Anderson RM: Transmission dynamics of the etiological agent of SARS in Hong Kong: impact of public health interventions. Science 2003, 300:1961e1966

6. Zou L, Ruan F, Huang M, Liang L, Huang H, Hong Z, Yu J, Kang M, Song Y, Xia J, Guo Q, Song T, He J, Yen HL, Peiris M, Wu J: SARS-CoV-2 viral load in upper respiratory specimens of infected patients. N Engl J Med 2020, 382:1177e1179

7. He X, Lau EHY, Wu P, Deng X, Wang J, Hao X, Lau YC, Wong JY, Guan Y, Tan X, Mo X, Chen Y, Liao B, Chen W, Hu F, Zhang Q, Zhong M, Wu Y, Zhao L, Zhang F, Cowling BJ, Li F, Leung GM: Temporal dynamics in viral shedding and transmissibility of COVID-19. Nat Med 2020, 26:672e675

8. Cereda DTM, Rovida F, Demicheli V, Ajelli M, Poletti P, Trentini F, Guzzetta G, Marziano V, Barone A, Magoni M, Deandrea S, Diurno G, Lombardo M, Faccini M, Pan A, Bruno R, Pariani E, Grasselli G, Piatti A, Gramegna M, Baldanti F, Melegaro A, Merler S: The early phase of the Q19 COVID-19 outbreak in Lombardy, Italy. arXiv 2020. 2003.09320

9. Liu Y, Yan LM, Wan L, Xiang TX, Le A, Liu JM, Peiris M, Poon LLM, Zhang W: Viral dynamics in mild and severe cases of COVID-19. Lancet Infect Dis 2020, 20:656e657

10. Osman I, Cotzia P, Moran U, Donnelly D, Arguelles-Grande C, Mendoza S,Moreira A: The urgency of utilizing COVID-19 biospecimens for research in the heart of the global pandemic. J Transl Med 2020, 18:219

11. Huang C, Wang Y, Li X, Ren L, Zhao J, Hu Y, Zhang L, Fan G, Xu J, Gu X, Cheng Z, Yu T, Xia J, Wei Y, Wu W, Xie X, Yin W, Li H, Liu M, Xiao Y, Gao H, Guo L, Xie J, Wang G, Jiang R, Gao Z, Jin Q, Wang J, Cao B: Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet 2020, 395:497e506

12. Wölfel R, Corman VM, Guggemos W, Seilmaier M, Zange S, Muller MA, Niemeyer D, Jones TC, Vollmar P, Rothe C, Hoelscher M, Bleicker T, Brunink S, Schneider J, Ehmann R, Zwirglmaier K, Drosten C, Wendtner C: Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature 2020, 581:465e469

13. Chen J, Qi T, Liu L, Ling Y, Qian Z, Li T, Li F, Xu Q, Zhang Y, Xu S, Song Z, Zeng Y, Shen Y, Shi Y, Zhu T, Lu H: Clinical progression of patients with COVID-19 in Shanghai, China. J Infect 2020, 80:e1ee6

14. Ye Q, Wang B, Mao J: The pathogenesis and treatment of the “cytokine storm” in COVID-19. J Infect 2020, 80:607e613

15. Felsenstein S, Herbert JA, McNamara PS, Hedrich CM: COVID-19: immunology and treatment options. Clin Immunol 2020, 215:108448

Пусть больше людей узнает о проектеПоделитесь с друзьями и коллегами. Вместе победим! 💪