Возрастные особенности изменений биохимических параметров крови при COVID-19

Введение

В 2019 г. произошла вспышка острой респираторной инфекции, вызванной вирусом Sars-Cov-2 семейства короновирусов, которая быстро распространилась по всему миру и привела к глобальной пандемии Covid 19. Начальным этапом заражения является проникновение SARS-CoV-2 в клетки-мишени, имеющие рецепторы ангиотензинпревращающего фермента II типа (АСЕ-2) [1]. Рецепторы АСЕ-2 экспрессированы на поверхности различных клеток органов дыхания, пищевода, кишечника, сердца, надпочечников, мочевого пузыря, головного мозга (гипоталамуса) и гипофиза, а также эндотелия и макрофагов. Однако основной и быстро достижимой мишенью SARS-CoV-2 являются альвеолярные клетки II типа лёгких, что определяет развитие диффузного альвеолярного повреждения [2].

Вирус может проникать в клетки эпителия желудка, тонкой и толстой кишки. Имеются сведения о специфическом поражении сосудов (эндотелия), миокарда, почек и других органов. Установлено, что диссеминация SARS-CoV-2 из системного кровотока или через пластинку решетчатой кости может привести к поражению головного мозга. Обнаружена возможность специфического поражения лимфоцитов и гиперактивности макрофагов [3].

При критическом течении COVID-19 вследствие дисрегуляции синтеза провоспалительных и антивоспалительных цитокинов развивается патологическая реакция, называемая «цитокиновым штормом». Гиперактивация иммунного ответа при COVID-19 часто ограничивается лёгочной паренхимой, прилегающей альвеолярной лимфоидной тканью и ассоциируется с развитием острого респираторного дисстресс-синдрома (ОРДС). У пациентов с критическим течением развивается васкулярная эндотелиальная дисфункция, коагулопатия, тромбозы. Цитокиновый шторм при COVID-19, как правило, приводит к полиорганной недостаточности и может стать причиной летального исхода [4].

Высокая летальность и громадные социально-экономические последствия эпидемии COVID-19 требуют анализа имеющихся наблюдений и разработки методов эффективной терапии и профилактики осложнений. Известно, что возраст и сопутствующая патология могут быть факторами, предопределяющими тяжёлое течение COVID-19. Прежде всего к группе риска относятся пожилые или лица с хроническими заболеваниями. Однако и у молодых людей без хронических заболеваний также могут возникнуть потенциально летальные осложнения, такие как молниеносный миокардит и диссеминированная внутрисосудистая коагулопатия (ДВС-синдром) [5]. Таким образом, риск инфицирования и тяжёлого течения болезни или летального исхода затрагивает всех и имеется во всех возрастных группах. В связи с этим возникает необходимость анализа клинико-лабораторных особенностей течения новой коронавирусной инфекции у больных различных возрастных категорий.

Цель исследования — изучение влияния новой коронавирусной инфекции на ряд стандартных биохимических показателей крови у больных разного возраста

Материалы и методы

Ретроспективное исследование проводили на базе Медико-санитарной части МВД по РД (г. Махачкала). В период начала пандемии коронавирусной инфекции (апрель–май 2020 г.) в госпитале было организовано отделение для пациентов с диагнозом «внебольничная пневмония, вызванная инфекцией COVID-19» (подтверждённая обнаружением РНК SARS-CoV-2 или, в редких случаях — только данными КТ). Исследованы биохимические показатели крови больных на момент госпитализации в стационар на 6,5±2,5 день болезни. Критериями включения в группы для проведения сравнительного анализа были 1-й день госпитализации больных, мужской пол, средняя степень тяжести процесса, поражение лёгких, по данным КТ, от 20% до 50%. Критериями исключения из исследования служили наличие в анамнезе перенесённого инфаркта миокарда и инсульта, нестабильной стенокардии, сердечной недостаточности II-IV степени, эндокринных заболеваний.

Исследовано три группы разных возрастных категорий: I группа — 109 пациентов возрастом 25–35 лет, II группа — 310 пациентов возрастом 36–50 лет, III группа — 95 пациентов возрастом 51–75 лет. В качестве контроля исследованы биохимические параметры мужчин тех же возрастных групп, не болеющих COVID-19 и не имеющих выраженных патологий со стороны сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения, эндокринной системы, выделительной системы. Забор венозной крови производился утром натощак в первые сутки поступления больных в специальные вакуумные пробирки с активатором свертывания. Определение всех биохимических параметров в сыворотке крови производили на биохимическом анализаторе Indiko (Thermal Fisher, США).

Статистическую обработку данных производили с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с использованием пакета прикладных программ Statistica 8.0 (StatSoft, Inc., США). Нормальность распределения оценивали критерием Шапиро-Уилка. Достоверность различий между нормально распределенными данными определяли с помощью критерия Фишера на уровне значимости p ≤ 0.05. Данные в таблице приведены в следующем виде: среднее (M) ± ошибка среднего (m).

Результаты

У больных различных возрастных категорий были исследованы биохимические показатели азотистого метаболизма, характеризующие синтетическую функцию печени, распад белков и нуклеиновых кислот с образованием небелковых низкомолекулярных азотсодержащих конечных продуктов. Исследования показало, что у всех возрастных групп содержание общего белка и мочевины не претерпевает существенных изменений (табл. 1).

При этом наблюдается повышение креатинина и мочевой кислоты, уровни которых зависят от возраста пациентов. Так, у I группы концентрации данных продуктов азотистого метаболизма увеличиваются на 28,2% и 38,2% (p<0,05), у I — на 50% и 43,3% (p<0,05), а у III — на 44,3% и 61% (p<0,05) относительно соответствующих контрольных групп. Интересно то, что сравнительный анализ содержания креатинина и мочевой кислоты у больных II и III возрастных групп не выявил статистически значимых различий. Следует отметить, что, несмотря на существенное повышение содержание креатинина и мочевой кислоты у больных всех возрастных групп, данные параметры всё же остается в пределах референсных значений.

Исследование активности клеточных ферментов — характерных маркеров цитолиза различных клеток, в частности гепатоцитов (АСТ, АЛТ) и клеток поджелудочной железы (α-амилазы) — показало, что во всех возрастных группах содержание данных ферментов в сыворотке крови резко возрастает (табл. 2).

Так у I группы активность АСТ выше в 1,9 раз, а АЛТ — в 2,1 раз по сравнению со здоровыми донорами того же возраста (p<0,05). У пациентов старших возрастных групп наблюдается ещё более выраженное повышение активности данных ферментов: у II группы АСТ увеличивается в 2,7 раз, а АЛТ — в 2,60 раз, а III — АСТ в 2,6 раза, АЛТ — в 2,5 раза (p<0,05). Анализ активности АЛТ и АСТ у больных старших возрастных групп позволил предположить существенное нарушение проницаемости цитоплазматических (маркер — АЛТ) и митохондриальных мембран (маркер — АСТ) клеток печени. Интересно то, что содержание билирубина в I группе не изменяется, что указывает на сохранение функциональной активности гепатоцитов и эпителия желчевыводящих путей. Однако у II группы концентрация общего билирубина увеличивается в 3 раза, а прямого — в 2,4 раза (p<0,05), а у III — в 2,52 раз и в 2,7 раз соответственно (p<0,05). Интересно то, что сравнительный анализ всех указанных выше параметров (АСТ, АЛТ, билирубина) между разными группами больных выявил, что статистически значимые различия имеют место только между I группой и каждой из 2-х других групп, в то время как между II и III группами различия несущественны.

У больных COVID-19 I и II групп наблюдается повышение (на 48,7% и 49,5 % (p<0,05)) активности а-амилазы, однако оно укладывается в диапазон референcных значений данного показателя. Значительное (на 85,6%) и выходящие за пределы референсных значений увеличение активности этого фермента наблюдается у III возрастной категории (p<0,05).

Коронавирусная инфекция инициирует у больных всех возрастных категорий выраженную воспалительную реакцию. Об этом свидетельствует повышение уровня С-реактивного белка (СРБ) — классического маркера воспаления. Из рисунка 1, видно, что у больных I возрастной категории содержание СРБ увеличивается в 6,9 раз (p<0,05), у II — в 12,3 раза (p<0,05), у лиц старше 51 года — в 17,25 раз (p<0,05). Высокие значения СРБ у исследованных нами больных с коронавирусной инфекцией, особенно старшего возраста, указывают на прогрессирующее развитие острой воспалительной реакции.

Во время инфекционных заболеваний помимо классических маркеров воспаления также могут происходить изменения и в обмене железа. Из рисунка 2 видно, что содержание железа уменьшается у I группы на 54,2% (p<0,05), а у II — на 74,2% (p<0,05), достигая уровня паталогически низких значений. Такое же выраженное снижение содержания железа пнаблюдается у пациентов из III группы — 66,7%. Таким образом, у больных старших возрастных категорий концентрации данного микроэлемента становятся существенно ниже предела референтных значений.

Сравнительный анализ содержания СРБ и железа в крови больных разного возраста выявил, что статистически значимые различия имеют место только между I группой и каждой из других групп, в то время как между II и II группой различия несущественны.

Обсуждение

Исследование стандартных биохимических параметров крови, характеризующих состояние различных органов и систем организма, свидетельствует о том, что коронавирусная инфекция, вызванная Sars-Cov-2, приводит к развитию целого ряда структурно-функциональных нарушений. При этом наблюдается следующая закономерность: чем старше возраст больных, тем более выражены патологические эффекты вирусной экспансии.

Анализ конечных продуктов азотистого метаболизма показал повышение содержания креатинина и мочевой кислоты в сыворотке крови больных COVID-19. Это может указывать на нарушение клиренса данных низкомолекулярных веществ почками, вызванными структурно-функциональными изменениями нефронов. Известно, что одним из важнейших органов-мишеней COVID-19 могут быть почки, что, вероятно, связано с широким представительством АСЕ-2 в организме человека, который является точкой входа SARS-CoV-2. В почках АСЕ-2 присутствует в подоцитах, мезангиальных клетках, париетальном эпителии капсулы Боумена, нефроцитах проксимальных канальцев и клетках собирательных трубочек [6].

Исследование показало, что у всех групп больных короновирусной инфекцией происходит в разной степени выраженное повышенные уровни активности ферментов АСТ и АЛТ. Оба фермента распространены во всех тканях. Поскольку наибольшая концентрация АЛТ отмечается в печени, то данный фермент является специфическим маркёром заболеваний этого органа. АСТ содержится в тканях сердца, печени, почек, нервной ткани, скелетной мускулатуры и других органов. Повышение её активности в сыворотке крови может быть связано с выходом фермента при цитолизе клеток миокарда, печени и др. Поскольку активности и АСТ и АЛТ у больных Covid-19 увеличиваются в равной степени, то это указывает на некроз гепатоцитов.

Можно предположить разные механизмы повреждения печени: в результате прямого цитопатического действия вируса, токсических эффектов комплексной терапии COVID-19-инфекции. Важное воздействие на тяжесть течения заболевания оказывают также хронические гепатиты разной этиологии, жировой гепатоз, токсическое и аутоиммунное повреждение, а также цирроз печени. В печени также выявляются признаки, характерные для вирусного поражения (апоптоз и регенерацию гепатоцитов) и дистрофию (жировую и баллонную) гепатоцитов [7]. Причём, чем более тяжёлое течение заболевания было отмечено, тем чаще выявлялись признаки поражения печени.

Повышение активности АСТ может быть также и маркером повреждения кардиомиоцитов. По данным общемировой статистики, у 19 % пациентов, госпитализируемых с COVID-19, наблюдаются признаки поражения сердца (боли в грудной клетке, гипотензия, аритмия, признаки сердечной недостаточности), также отмечаются случаи брадиаритмии, острого коронарного синдрома [8].

Более высокая активность амилазы в сыворотке крови больных COVID-19 может быть обусловлена нарушениями проницаемости клеток поджелудочной железы. Известно, что ACE-2 усиленно экспрессируется в поджелудочной железе, причем уровень мРНК в поджелудочной железе выше, чем в лёгких. Экспрессия ACE2 наблюдается как в клетках экзокринной части поджелудочной железе, так и эндокринных клетках островков [9]. Повреждение экзокринной части поджелудочной железы проявляется повышением уровня сывороточной амилазы и/или липазы у 1–2 и 17 % больных с нетяжёлым и тяжёлым течением соответственно. Хотя любое серьёзное заболевание может быть ассоциировано с гипергликемией, связанной со стрессом. Yang J. K. и соавт. ранее описали, что пациенты с SARS (вызванным SARS-CoV, «двоюродным братом» SARS-CoV-2), которые никогда не получали глюкокортикоиды, имели значительно более высокий уровень глюкозы в плазме крови натощак по сравнению с пациентами с пневмонией без SARS. В другом исследовании в качестве вероятного механизма развития «острого диабета» у пациентов с SARS было предложено опосредованное SARS-CoV повреждение  β-клеток поджелудочной железы [10].

В соответствии с результатами нашего исследования в крови больных короновирусной инфекцией существенно повышается содержание СРБ и снижается уровень железа. СРБ — острофазный белок, уровни которого в крови резко повышаются при острых респираторных заболеваниях и используются для их диагностики. Мониторинг маркеров воспаления, в том числе СРБ, в рамках биохимического анализа крови при COVID-19 включён в национальные рекомендации многих стран, в том числе в России. При этом, по данным ресурса UpToDate, концентрация СРБ, ассоциированная с тяжёлым течением COVID-19, превышает 100 мг/л [11]. Таким образом, больные старшей возрастной группы, содержание СРБ в крови которых является критическим, являются наиболее подверженной рискам тяжёлого течения COVID-19.

Исследование указывает на значительное снижение уровня железа в сыворотке крови, особенно у больных старшей возрастной группы. Предполагается, что снижение уровня железа происходит за счёт поглощения и депонирования его активированными гистиоцитами (макрофагами). Железо накапливается в макрофагах в виде ферритина, перенос которого от ферритина к трансферрину нарушается, в результате концентрация ферритина в крови увеличивается в 3 и более раз, что мы и наблюдаем у пациентов больных COVID-19 [3].

Выводы

Коронавирусная инфекция, вызванная SARS-CoV2, приводит к существенным изменениям ряда стандартных биохимических параметров крови (креатинина, мочевой кислоты, АСТ, АЛТ, α- амилазы) даже у людей молодого возраста (25–35 лет). С повышением возраста больных отклонения многих биохимических показателей от соответствующих каждой группе контрольных уровней становятся более выраженными и достигают значений, существенно отклоняющихся от референсных. При этом сравнительные межгрупповые исследования показали, что обнаруженные различия между многими биохимическими показателями больных II (36–50 лет) и III (51–75 лет) возрастной групп не являются статистически достоверными. Таким образом, статистический анализ лабораторных параметров крови больных из различных возрастных групп показал, что возраст является значимым предиктором тяжёлого течения COVID-19, но не абсолютным, поскольку риски неблагоприятного развития заболевания могут затрагивать людей разного возраста.