Pathoanatomical changes in the lungs in COVID-associated pneumonia in vaccinated and unvaccinated patients
Pathoanatomical changes in the lungs in COVID-associated pneumonia in vaccinated and unvaccinated patients
Abstract
> rosen: 20689++Pathoanatomical changes in the lungs in COVID-associated pneumonia in vaccinated and unvaccinated patientsCOVID-19, SARS-CoV-2, vaccination, pneumonia, pathomorphology, diffuse alveolar damage, microthrombosis, inflammatory infiltrate, vasculopathyThe coronavirus disease (COVID-19) pandemic, caused by the SARS-CoV-2 pathogen, has continued to be one of the most significant and complex threats to public health systems worldwide since its rapid global spread in late 2019. Despite the success in developing and massively introducing effective vaccines, which have become widely available and are actively used by the population in the vast majority of countries, the medical community continues to record new cases of the disease. It is noteworthy that even among vaccinated individuals, there are episodes of COVID-19 that, contrary to expectations, are often characterised by moderate to severe disease progression. Of particular concern is the fact that a significant proportion of these cases are accompanied by the development of viral pneumonia — a serious lung tissue lesion that is a key cause of respiratory failure, hospitalisation and adverse outcomes. Understanding how the immune status induced by vaccination affects pathogenesis, the severity of the inflammatory response, the characteristics of alveolar damage, vascular complications, and fibrosis processes in COVID-associated pneumonia is critically important. Such knowledge is necessary to improve approaches to predicting disease severity, optimising therapeutic strategies, developing new preventive measures, and ultimately reducing the burden of this dangerous infectious disease.
1. Введение
COVID-19 — это опасное острое респираторное заболевание, впервые зафиксированное в 2019 году, возбудителем которого является представитель семейства Coronaviridae SARS-CoV-2 — бетакоронавирус B. В основном он передаётся воздушно-капельным путём, хотя невозможно исключить роль и алиментарного механизма распространения: доказана возможность выживаемости вируса на металлических, пластиковых и картонных поверхностях, а также способность к репликации в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека , , , .
Несмотря на то, что вирусное заболевание часто диагностируется на основании поражения дыхательной системы, обнаруживают тропность SARS-CoV-2 к нескольким типам клеток, расположенных в эпителии органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), эндотелии стенок сосудов, в сердечной, печеночной, нервной, репродуктивной, иммунной тканях , , , . Особую тревогу вызывает способность вируса вызывать тяжелые респираторные осложнения у значительной части инфицированных: интерстициальную пневмонию, острый респираторный дистресс-синдром, фиброз легких, нередко приводящие к дыхательной недостаточности, системным осложнениям и летальному исходу , .
Для сдерживания стремительного распространения инфекции и снижения уровня тяжёлых осложнений и летальных исходов, связанных с COVID-19, главным приоритетом для приложения знаний ученых всего мира стало создание эффективных иммунобиологических препаратов. В рекордно короткие сроки были разработаны и внедрены вакцины против SARS-CoV-2, ставшие ключевым инструментом в борьбе с пандемией, продемонстрировавшие снижение уровня госпитализации и смертности от COVID-19 , . Тем не менее в условиях появления новых вариантов вируса и неоднородного иммунного ответа у разных категорий пациентов, остаются зафиксированными случаи тяжёлого течения заболевания и смерти как у невакцинированных, так и у вакцинированных лиц. Это требует углублённого анализа не только клинических, но и морфологических аспектов COVID-19 у разных групп пациентов. Патологоанатомическое исследование лёгких предоставляет возможность сопоставить морфологические изменения у групп лиц, подвергшихся и избежавших вакцинации. Такие данные позволяют оценить степень воздействия вакцинации на патогенез заболевания, выявить особенности иммунопатологических процессов, а также определить потенциальные защитные механизмы, активируемые после иммунизации. Данный обзор посвящен обобщению и анализу имеющихся данных о патоморфологических изменениях лёгочной ткани при COVID-ассоциированной пневмонии, возникающей у пациентов вне зависимости от вакцинации, уделяя особое внимание особенностям диффузного альвеолярного повреждения, васкулопатии, воспалительных реакций и вторичных инфекционных осложнений. Проведение такого анализа может внести существенный вклад в понимание влияния вакцинации на течение и исход COVID-19 с позиций патоморфологии, что имеет важное значение для оптимизации лечебной тактики, оценки эффективности вакцин и формирования прогнозов течения заболевания у разных групп риска.
2. Патогенез COVID-ассоциированной пневмонии и эпидемиологическая характеристика заболевания в зависимости от вакцинации
SARS-CoV-2 — заразный вирус, вызвавший в 2019 году вспышку заболеваемости в Китае, распространившись во все страны мира всего за несколько месяцев, став поводом для появления большого количество новостей, заголовки которых пестрели сообщениями о «пандемии». С момента регистрации первой смерти от данного недуга до настоящего момента зафиксировано более 7 млн. случаев летального исхода болезни, причем цифра эта не окончательна и ежедневно продолжает расти .
Особенностями SARS-CoV-2, как вирусной инфекции с точки зрения эпидемиологии, являются высокая скорость распространения, способность к мутациям, которая встречается и у других РНК-содержащих вирусов (зарегистрировано более 1800 случаев изменений вируса с момента его первого исследования), и формированию новых штаммов, таких как, например, Альфа, Дельта, Гамма и Омикрон с их вариантами, которые различаются по частоте возникновения, течению, характеру вызываемых осложнений и успешности вакцинации , , , . Каждый вариант SARS-CoV-2 эволюционирует, становясь более патогенным, заражая и обходя иммунную систему хозяина, что приводит к повторным случаям заражениям из-за снижения эффективности вакцин и лечения .
В структуре вируса выделяют несколько белков, которые способствуют его адсорбции к клеткам различных тканей. Констатировано, что основным рецептором клеток, с которым связывается S-белок оболочки SARS-CoV-2, является рецептор к ангиотензин-превращающему ферменту 2 (АПФ2), который экспрессируют и альвеолоциты легких, холангиоциты печени, клетки ободочной кишки, кератиноциты пищевода, эпителиальные клетки подвздошной, прямой кишки, желудка и проксимальных канальцев почек , , . Кроме того, входными воротами для SARS-CoV-2 является молекула CD147, экспрессируемая на эпителиальных клетках, эндотелиальных клетках, фибробластах, эритроцитах, тромбоцитах, гиппокампе, миндалинах, сердце, коже, в синовиальной суставной ткани, в моноцитах и Т-лимфоцитах , . Таким образом, COVID-19 способен поражать все органы и ткани, с чем связаны обширные осложнения даже после благоприятного исхода заболевания , .
Понимание гистологических изменений тканей пораженных органов значительно облегчается при знании патогенеза патологического процесса на молекулярном уровне. Патогенез COVID-19 — каскад иммунопатологических реакций, где дисбаланс между врожденным и адаптивным иммунитетом определяет тяжесть заболевания. На начальном этапе SARS-CoV-2 поражает преимущественно эпителий дыхательных путей и альвеол, при этом вирус активно подавляет ранний интерфероновый ответ (IFN-I/III), что позволяет ему беспрепятственно размножаться. Это способствует активации моноцитов, макрофагов, запуску цитокинового шторма с массивным выбросом IL-6, вызывающего системное воспаление, а также TNF-α, повреждающего сосуды, и IL-1β, обладающего пирогенным эффектом . Эти факторы, в сочетании с высвобождением нейтрофильных внеклеточных ловушек (NETs), усугубляют процессы микротромбообразования.
По мере прогрессирования заболевания развивается дисфункция адаптивного иммунитета: у 20% пациентов с тяжелым течением формируются аутоантитела против интерферонов и фосфолипидов, что способствует развитию ДВС-синдрома . На критических стадиях течения заболевания развивается полиорганная недостаточность: в легких формируется диффузное альвеолярное повреждение с микротромбозами и последующим фиброзом, в сердце — воспаление мышечного компонента, в почках — повреждение канальцев, в ЦНС — нейровоспалительные изменения. Однако необходимо не забывать, что новые варианты вируса, такие как Омикрон, например, демонстрируют измененный патогенез с преимущественным тропизмом к верхним дыхательным путям и сниженной цитотоксичностью, что объясняет их меньшую клиническую тяжесть , .
Анализируя данные статистик о распространенности проявления тех или иных симптомов заболевания, было выявлено, что в первых волнах пандемии наиболее часто встречающимся симптомом COVID-19 среди госпитализированных пациентов была пневмония: анализ данных, полученных в 25 исследованиях, показал, что среди 10,945 пациентов пневмония диагностировалась в 72% случаев, лишь в 20% случаев развивался острый респираторный дистресс-синдром . Эпидемиологические данные из Китая и Италии также свидетельствовали, что пневмония была ведущим проявлением тяжелого течения инфекции, делая акцент на том, что у людей старше 60 лет данное проявление COVID-инфекции встречается чаще, чем у более молодых граждан , .
Однако в связи с внедрением вакцинации ситуация изменилась: частота и тяжесть COVID-ассоциированных пневмоний среди вакцинированного населения заметно снизилась , . Обобщением исследований за 2021–2024 годы может стать мнение о том, что у привитых пациентов снижается как риск развития пневмонии в 3-5 раз, так и вероятность госпитализации на 60–80% , .
3. Патологоанатомическая картина лёгких при COVID-19
Патологоанатомическая картина лёгких при COVID-19 характеризуется рядом типичных изменений, отражающих тяжёлое поражение как альвеолярной, так и сосудистой составляющей лёгочной ткани.
Говоря о макроскопических признаках, отмечают патологические изменения сразу в обоих легких, они увеличиваются в объеме, при этом становясь плотными, «лаковыми», тяжёлыми, на разрезе тёмно-красного цвета с участками кровоизлияний. В дыхательных путях скапливается густой секрет. Характерно появление участков безвоздушности ткани, которые чередуются с очагами повышенного содержания воздуха , , . Особенностью макроскопической картины трахеи, отмеченной в некоторых исследованиях стала «неравномерность геморрагических изменений слизистой оболочки, которые чаще отсутствовали или минимально проявлялись в проксимальной части и были умеренно/резко выражены в дистальной части и главных бронхах» .
Микроскопическая картина была достаточна разнообразна, хотя изменения зачастую диагностировали как вирусно-бактериальную пневмонию . Основным морфологическим маркером вирусного поражения являлось диффузное повреждение альвеол, находящееся на различных стадиях развития, формирование участков гиалиноза в мембранах вследствие предшествующего воспаления; фибринозного экссудата и фиброза интерстициальной ткани , . Были также отмечены отёк альвеолярных перегородок, гиперемия сосудов, частые кровоизлияния в альвеолярные пространства и интерстиций.
Повреждение затрагивало также эндотелий капилляров и мелких сосудов, часто наблюдаются микротромбы, диссеминированный внутрисосудистый свёртывательный синдром (ДВС-синдром). При присоединении вторичной бактериальной инфекции зачастую происходит формирование гнойных инфильтратов, абсцессов и бронхопневмонии , , , .
4. Результаты сравнительного анализа морфологических изменений у вакцинированных и невакцинированных пациентов
Оценка морфологических изменений лёгких у вакцинированных и невакцинированных пациентов с COVID-19 демонстрирует значительные различия в тяжести поражения , , , . У вакцинированных пациентов степень выраженности диффузного альвеолярного повреждения существенно ниже: наблюдаются меньший объём поражённой паренхимы, реже развивается острый респираторный дистресс-синдром, что связано с более контролируемым иммунным ответом . Тромбозы и васкулиты чаще регистрируются у невакцинированных и сопровождаются выраженным повреждением эндотелия сосудов, что приводит к множественным микротромбозам и осложнениям, включая тромбоэмболии и инфаркты лёгких. Воспалительный клеточный инфильтрат у вакцинированных менее интенсивен и представлен преимущественно лимфоцитами, тогда как у невакцинированных преобладают нейтрофилы, что говорит о более агрессивной воспалительной реакции. Вторичные бактериальные осложнения, такие как гнойные пневмонии и сепсис, значительно чаще встречаются у невакцинированных пациентов, особенно на фоне тяжёлого течения инфекции и снижения барьерной функции лёгочной ткани. Время от заражения до летального исхода у вакцинированных, как правило, больше, что может отражать более замедленное развитие патологических процессов благодаря ранее сформированному иммунному ответу.
5. Заключение
Результаты проведённого анализа свидетельствуют о наличии достоверных морфологических различий в структуре лёгочной ткани у вакцинированных и невакцинированных пациентов, умерших от COVID-19. У невакцинированных лиц преобладали выраженные признаки диффузного альвеолярного повреждения, васкулита, микротромбозов и вторичных бактериальных осложнений. Морфологическая картина у вакцинированных пациентов характеризовалась меньшей интенсивностью воспалительного процесса, преобладанием лимфоидного клеточного инфильтрата, сниженной частотой тромботических осложнений и более редким развитием острого респираторного дистресс-синдрома. Установлено также увеличение интервала между заражением и летальным исходом у вакцинированных пациентов, что может свидетельствовать о частичном протективном эффекте вакцинации на патогенез заболевания. Полученные данные подтверждают положительное влияние вакцинации на течение и морфологическое выражение COVID-ассоциированной пневмонии и подчёркивают актуальность дальнейших исследований, направленных на углублённое изучение иммунопатогенетических механизмов и гистологических проявлений заболевания с учётом вакцинального статуса.