Коронавирусная инфекция SARS-CoV-2 характеризуется выраженным воспалением и вирусным пневмонитом. Ярким клиническим признаком является тяжелая гипоксемия на фоне почти нормальной механики легких. Для объяснения наблюдаемого явления было выдвинуто несколько гипотез [1, 2], таких как микрососудистый тромбоз легких, нарушение регуляции гипоксической вазоконстрикции легких и дисфункция газообмена эритроцитами. Гипотеза нарушения газообмена O2 представляет интерес, поскольку она могла бы объяснить, почему гипоксемия от COVID-19 часто невосприимчива к дополнительному кислороду. Результаты молекулярного моделирования дали основание предположить, что вирус атакует молекулы гемоглобина (Hb) [3, 4], и, несмотря на последующую критику [5], был выдвинут ряд гипотез, связывающих состояние Hb с тяжестью протекания COVID-19, например, при талассемии [6, 7, 8]. Ряд китайских исследований показал, что тяжелое течение COVID-19 связано со сниженным уровнем Hb [9]. В отношении корреляции объема эритроцитов с тяжестью заболевания результаты оказались более гетерогенны [10].
Согласно недавним данным на когорте из 14 пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, сродство гемоглобина к кислороду остается неизменным [11]. Тем не менее, стационарные изменения аффинности к О2 не могут полноценно оценить кинетику газообмена эритроцитами в связи с вызванными COVID-19 нарушениями перфузии легкого и повреждениями кровяных клеток, вызванными воспалением. Кроме того, общий анализ крови отражает среднюю популяцию и не чувствителен к небольшим популяциям поврежденных в результате COVID-19 эритроцитов. Таким образом, динамика газообмена должна оцениваться на клеточном уровне.
Недавно был разработан метод поклеточной визуализации насыщения кислородом, позволяющий оценить кинетику отдачи и сродства к O2 в каждом эритроците [12]. Этот подход был применен при исследовании образцов крови пациентов с COVID-19 в больнице Джона Рэдклиффа (Оксфорд, Англия). В исследовании участвовали 10 пациентов SARS-CoV-2 (у 9 из них диагноз был подтвержден ПЦР, у последнего – клинический диагноз). У половины пациентов образцы крови были взяты в течение первых 2 недель после постановки диагноза, у второй половины – в течение последующих 2 недель. Три пациента из общей выборки были бессимтомными сотрудниками здравоохранения, выявленным благодаря добровольному прохождению ПЦР-диагностики, у остальных наблюдались клинические симптомы COVID-19. Ни у одного из участников исследования в анамнезе не было патологий эритроцитов или гемоглобинопатии. Для контрольных измерений были взяты образцы крови от здоровых доноров.
Образцы венозной крови центрифугировались для выделения 10 мкл эритроцитов. Полученные клетки ресуспендировались в забуференном HEPES изотоническом растворе Тироде с добавлением 10 мМ аскорбата, затем обрабатывались ультрафиолетом (4000 мкВт/см2 на расстоянии 6 см в течение 15 мин) для инактивации вирусных частиц. Присутствие аскорбата защищало Hb от окислительного повреждения ультрафиолетом. После облучения клетки ресуспендировались в свежем растворе Тироде и погружались во флуоресцентные красители «CellTracker DeepRed» и «-Green» для визуализации оксигемоглобина (HbO2) на конфокальном микроскопе [12]. Кислородный газообмен вызывался быстрой сменой оксигенированного и дезоксигенированного растворов, в которых находились клетки, таким образом, происходивший газообмен визуализировался с высоким временным разрешением для каждого эритроцита в отдельности. Повторные смены растворов позволили получить значения кинетики отдачи кислорода (τ), нормализованной способности связывания О2 (κ) и радиусы эритроцитов в горизонтальной плоскости. Данные анализировались с точки зрения частотного распределения.
Обнаружено, что у пациентов с COVID-19 значения τ, κ и радиусы эритроцитов не отличались от контрольной группы. Не было получено никаких свидетельств об изменении распределения этих переменных, что свидетельствует об отсутствии поврежденных в результате инфекции клеточных субпопуляций. Иными словами, инфекция SARS-CoV-2 никак не повлияла на способность эритроцитов к газообмену.
Отсюда следует, что SARS-CoV-2 не вызывает нарушений газообмена. Следовательно, гипоксемия у пациентов с COVID-19 может быть вызвана либо прямым действием коронавирусной инфекции, либо воспалением. Полученные результаты противоречат механистической связи между состоянием гемоглобина и исходом заболевания.
Список использованных ресурсов:
[1] Gattinoni, L., Chiumello, D. & Rossi, S. (2020a) COVID-19 pneumonia: ARDS or not? Crit Care, 24, 154.
[2] Gattinoni, L., Coppola, S., Cressoni, M., Busana, M., Rossi, S. & Chiumello, D. (2020b) COVID-19 Does Not Lead to a "Typical" Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med, 201, 1299-1300.
[3] Liu, X., Zhang, R. & He, G. (2020) Hematological findings in coronavirus disease 2019: indications of progression of disease. Ann Hematol, 99, 1421-1428.
[4] Liu, W. & Li, H. (2020) COVID‐19: Attacks the 1‐beta chain of hemoglobin and captures the porphyrin to inhibit human heme metabolism. ChemRxiv, https://doi.org/10.26434/chemrxiv.11938173.v11938178.
[5] Read, R.J. (2020) Flawed methods in “COVID-19: Attacks the 1-Beta Chain of Hemoglobin and Captures the Porphyrin to Inhibit Human Heme Metabolism”. ChemRxiv, https://doi.org/10.26434/chemrxiv.12120912.v12120912.
[6] Cavezzi, A., Troiani, E. & Corrao, S. (2020) COVID-19: hemoglobin, iron, and hypoxia beyond inflammation. A narrative review. Clin Pract, 10, 1271. [7] E. P. P. P. J. &. S.-F. J. (. C.-1. b.-t. s. i. M. H. 1. 1. Lansiaux.
[8] Sotoudeh, E. & Sotoudeh, H. (2020) A hypothesis about the role of fetal hemoglobin in COVID-19. Med Hypotheses, 144, 109994.
[9] Bao, J., Li, C., Zhang, K., Kang, H., Chen, W. & Gu, B. (2020) Comparative analysis of laboratory indexes of severe and non-severe patients infected with COVID-19. Clin Chim Acta, 509, 180-194.
[10] Wang, C., Deng, R., Gou, L., Fu, Z., Zhang, X., Shao, F., Wang, G., Fu, W., Xiao, J., Ding, X., Li, T., Xiao, X. & Li, C. (2020) Preliminary study to identify severe from moderate cases of COVID19 using combined hematology parameters. Ann Transl Med, 8, 593.
[11] Daniel, Y., Hunt, B.J., Retter, A., Henderson, K., Wilson, S., Sharpe, C.C. & Shattock, M.J. (2020) Haemoglobin oxygen affinity in patients with severe COVID-19 infection. Br J Haematol.
[12] Richardson, S.L., Hulikova, A., Proven, M., Hipkiss, R., Akanni, M., Roy, N.B.A. & Swietach, P. (2020) Single-cell O2 exchange imaging shows that cytoplasmic diffusion is a dominant barrier to efficient gas transport in red blood cells. Proc Natl Acad Sci U S A, 117, 10067-10078.
