A new look at the COVID-19 pathogenesis: the disease is a generalized viral vasculitis, and the lung tissue damage is a variant of angiogenic pulmonary edema

Cover Page
Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract


Based on the data about angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as the main receptor for severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2 (SARS-CoV-2), hematogenous spread of the virus is hypothesized, followed by killing of ACE2-expressed cells in the microvessel walls. Damage to the blood vessels (primarily arterioles) leads to the development of microthromboses and results in the exit of the blood liquid phase in perivascular space, which is pathogenetically similar to the angiogenic edema development. In fact, this disorder is multi-organ in nature, and in the lung tissue its occur as “pulmonary edema” variant, the signs of which during CT scan precede predicts the development of severe respiratory failure. The hypothesized COVID-19 pathogenesis allows us to explain the causes and stages of occurrence of many symptoms of this disease. Possible changes in COVID-19 diagnostic and therapeutic protocols are discussed.


Full Text

Проведенный нами поиск причин кожной патологии при COVID-19 (от англ. COronaVIrus Disease 2019), анализ ставших публичными случаев коронавирусной инфекции, а также изучение мнения практикующих врачей, ведущих пациентов с COVID-19, заставили нас предположить, что его восприятие как «новой тяжело протекающей острой респираторной вирусной инфекции», возможно, является неверным, а оценка возникающего при этом поражения легких как «пневмонии» может быть ошибочной.

Патогенез

Предполагаемый нами патогенез COVID-19 заключается в следующем:

  • основным механизмом прикрепления SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome-related coronavirus 2) к клеткам-мишеням является взаимодействие гликопротеина на отростках вирусного суперкапсида с мебранным белком ― ангиотензинпревращающим ферментом 2 (АПФ2);
  • поскольку функцией АПФ2 является конверсия вазоконстриктора ангиотензина II в вазодилататорный ангиотензин (1–7), типичной является его локализация в эндотелиальных и гладкомышечных клетках мелких сосудов (преимущественно артериол), где АПФ2 принимает участие в регуляции уровня кровяного давления;
  • следствием репликации вируса в клетках, экспрессирующих АПФ2, является экспонирование фрагментов вирусных белков вместе с главным комплексом гистосовместимости I класса, индуцирующее Т-клеточный иммунный ответ;
  • проявлением иммунного ответа является продукция провоспалительных интерлейкинов и активация цитотоксических Т-лимфоцитов, а его результатом ― гибель экспрессирующих АПФ2-клеток в артериолах с индукцией внутрисосудистого свертывания и нарушением микроциркуляции, завершающиеся выходом жидкой части крови за пределы сосудистого русла;
  • наиболее выраженное повреждение происходит в органах, микрососудистое русло в которых уже имеет предсуществующие нарушения; интенсивность выхода жидкой части крови повышается при высоком уровне артериального давления.

В соответствии с этими представлениями COVID-19 является генерализованным вирусным васкулитом с патогенетически значимым поражением артериол, а возникающее при этом поражение легочной ткани является вариантом ангиогенного отека легкого.

Предложенная схема патогенеза позволяет хорошо объяснять большинство симптомов COVID-19, в том числе характер изменений в легких при компьютерной томографии (КТ) ― симптом «матового стекла»; первоначальное отсутствие клинических симптомов пневмонии при выраженной КТ-картине поражения легочной ткани; проявление сетчатого сосудистого рисунка на коже, полиорганные поражения.

До конца необъясненными в рамках предложенной концепции остаются нарушение восприятия вкуса и запаха, а также развивающееся в динамике заболевания снижение уровня гемоглобина, что, вероятно, может определяться «альтернативным» механизмом связывания SARS-CoV-2 с клетками-мишенями через CD-147 (в частности, с экспрессирующими этот рецептор нервными клетками и клетками-участниками эритропоэза). В то же время использование данной возможности для проникновения в эритроциты является маловероятным, так как отсутствие в них достаточного биосинтентического аппарата делает этот путь «тупиковым» для вируса.

В целом в развитии COVID-19 возможно выделить три этапа:

1) этап инкубации, во время которого вирус находится в носоглотке, клинические проявления минимальны или отсутствуют;

2) этап генерализации, во время которого вирус распространяется по сосудистому руслу, инфицирует экспрессирующие АПФ2-клетки и индуцирует иммунный ответ; клинические проявления заключаются в развитии лихорадки;

3) этап полиорганной недостаточности, клинические проявления которого заключаются в нарушении функционирования органов с наиболее выраженными повреждениями микрососудистого русла.

Возможные изменения в лабораторной диагностике и терапии

Если предложенная схема патогенеза COVID-19 верна, ее принятие должно привести к изменению ряда подходов к лабораторной диагностике и терапии данного заболевания.

При проведении лабораторной диагностики методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) основные изменения должны затронуть преаналитический этап, связанный с направленным отбором вируссодержащих проб биологического материала. Взятие мазков из носоглотки может быть рекомендовано только на ранних этапах инфекционного процесса, в то время как на этапе генерализации для ПЦР-диагностики должны представляться образцы крови из микрососудистого русла, а на поздних этапах ― биоптаты органов-мишеней.

Еще одним важным вопросом, требующим дополнительного изучения, может стать состояние репродуктивных функций у мужчин после перенесенного COVID-19. Основанием для этого является наиболее высокий уровень экспрессии АПФ2 именно в герминативных клетках яичек, что предполагает возможность их интенсивного инфицирования. Публикации по данному вопросу пока носят единичный характер, а представленные в них результаты часто противоречивы, что, очевидно, связано с малым сроком наблюдения.

В свою очередь возможная коррекция в схемах терапии может быть связана с изменением средств и методов борьбы с дыхательной недостаточностью, включая предупреждение тромбообразования в артериолах малого круга кровообращения и восстановление микроциркуляции, ограничение потребления жидкости и отказ от внутривенных инфузий при появлении КТ-проявлений отека легочной ткани, возможное применение диуретиков, использование протоколов искусственной вентиляции легких, разработанных для терапии отека легких.

Дискуссия

Предложенная схема патогенеза COVID-19 основывается на обобщающем анализе современных сведений по данному вопросу [1–3] и, с точки зрения авторов, позволяет наиболее полно объяснить причины и последовательность возникновения многих симптомов этого заболевания.

Мы будем благодарны профессиональному сообществу за обсуждение и критическую оценку представленной точки зрения. Вместе с тем мы надеемся, что подобная дискуссия позволит лучше понять природу COVID-19 и, как следствие, более эффективно противодействовать данному заболеванию.

Дополнительная информация

Конфликт интересов. Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

Участие авторов. А.А. Кубанов ― формулировка общей концепции патогенеза COVID-19, оценка связи предлагаемых патогенетических механизмов с клинической симптоматикой; Д.Г. Дерябин ― обоснование молекулярных механизмов поражения сосудов при COVID-19, разработка предложений по совершенствованию лабораторной диагностики и терапии.

About the authors

Alexey A. Kubanov

State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology

Email: kubanov@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-7625-0503
SPIN-code: 8771-4990

Russian Federation, 3 bld 6, Korolenko street, 107076 Moscow

MD, PhD, Professor

Dmitry G. Deryabin

State Research Center of Dermatovenereology and Cosmetology

Author for correspondence.
Email: dgderyabin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2495-6694
SPIN-code: 8243-2537

Russian Federation, 3 bld 6, Korolenko street, 107076 Moscow

MD, PhD, Professor

References

  1. Cascella M, Rajnik M, Cuomo A, et al. Features, evaluation and treatment coronavirus (COVID-19). StatPearls [Internet]. 2020. Avalable from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK554776/.
  2. Yi Y, Lagniton PN, Ye S, et al. COVID-19: what has been learned and to be learned about the novel coronavirus disease. Int J Biol Sci. 2020;16(10):1753–1766. doi: 10.7150/ijbs.45134.
  3. Astuti I, Ysrafil. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2): an overview of viral structure and host response. Diabetes Metab Syndr. 2020; 14(4):407–412. doi: 10.1016/j.dsx.2020.04.020.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Statistics

Views

Abstract - 3899

PDF (Russian) - 338

Cited-By


PlumX

Dimensions

Comments on this article

Comments on this article

View all comments


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies