Патоморфологія мозку померлих від COVID‑19

В. С. Копча

А. М. Бондаренко

Незважаючи на сучасний розвиток науки, технологій, наукової та практичної медицини, досі багато аспектів патогенезу та особливо патоморфології при COVID-19 залишаються неясними та невирішеними. І саме це створює багато різночитань, нестиковок, нерідко – помилок і навіть необґрунтованих твер­джень і висновків у питаннях не лише патогенезу COVID-19 і терапії таких хворих, але й нерідко щодо «органів-мішеней» для SARS-CoV-2 та клінічних форм хвороби.

Наші попередні детальні патогістологічні та морфологічні дослі­дження ще 1,5 роки тому дали змогу ствер­джувати, що в разі COVID-19 немає жодного специфічного ураження нейронів, пов’язаного з прямою цитопатичною дією та реплікацією SARS-CoV-2 у цих клітинах. Також не було жодного сумніву, що неврологічні прояви COVID-19 фактично зумовлені опосередкованою дією збудника на ЦНС на рівні судин (переважно їх ендотеліального покриття), пов’язаних з цими порушеннями в системі гемостазу з активним тромбоутворенням і ушко­дженням легень, що в комплексі призводить до значної гіпоксії. Але нам потрібні були остаточні докази непричетності SARS-CoV-2 до прямого ушко­дження ЦНС. Теперішні наукові публікації, присвячені ураженню ЦНС при COVID-19 (будуть наведені далі), не надають достовірних та об’єктивних даних про пряму цитопатичну дію SARS-CoV-2 на ЦНС.

Але, незважаючи на це, значна частина лікарів, спираючись на певні клінічні особливості хвороби, наполегливо намагається «протягти» і «зміцнити» ідею специфічного ураження ЦНС при COVID-19. Так, досі не вщухають систематичні спроби багатьох дослідників виділити в окремі клінічні форми або як ускладнення специфічне ураження ЦНС людини SARS-CoV-2.

Пропонують кілька варіантів: «ковідний менінгіт», «ковідний менінгоенцефаліт» та «ковідний енцефаліт». На щастя, у МКХ-10 та інших офіційних національних класифікаціях таких варіантів немає. Є тільки «U07.1 COVID-19, вірус ідентифікований» та «U07.2 COVID-19, вірус не ідентифікований» [1]. Фактично, в існуючих офіційних класифікаціях немає навіть клінічних варіантів хвороби, є лише ступені її тяжкості, хоча вже з 01.01.2022 р. почала діяти МКХ-11, у якій для COVID-19 також не виділено окремого класифікатора [2].

Тим не менш, навіть у таких серйозних виданнях, як американський журнал Sсience, у квітні цього року була опублікована стаття про «мозковий туман» у хворих на COVID-19, а в квітневих публікаціях періодичних видань – про «гострий поперечний мієліт» у разі цієї інфекції [3]. Також у багатьох наукових фахових виданнях припускають можливість ураження ЦНС при COVID-19 [4-6]. Попри це ніде немає реального підтвер­дження специфічного прямого вірусного ураження мозку, спричиненого SARS-CoV-2 [7-9].

Немає і реальних даних, що підтвер­джували б це, – патогістологічних, імуногістохімічних та вірусологічних. Тому більшість дослідників вказує на ймовірні ураження ЦНС саме SARS-CoV-2 [5, 6, 8, 9], ствер­джуючи, що коронавірус призводить до патології цього органа. Але, не маючи для цього реального об’єктивного підтвер­дження, вони верифікували їх як функціональні когнітивні розлади, що їх спостерігають у більш ніж 80% хворих на COVID-19 і хворих із постковідним синдромом.

Зазначені функціональні порушення деякі дослідники намагаються підтвердити даними комп’ютерної та магнітно-резонансної томографії, результати яких дійсно вказують на такі порушення, нерідко пов’язані з проявами та наслідками гіпоксії, яка є закономірним явищем при коронавірусній інфекції в разі розвитку так званих коронавірусних пневмоній, які за своєю природою переважно є не стільки пневмоніями, скільки інтерстиційним і/або альвеолярним геморагічним набряком легень, а також пов’язані з масивними тромбозами венозної частини судинного русла легень.

Ці дані ми вже наводили в попередніх публікаціях і доповідях, присвячених патоморфології та патогістології COVID-19, а також неодноразово повідомляли про необхідність першорядності саме патогенетичної терапії при цій інфекції.

Дійсно, в більшості хворих на COVID-19 на тлі гіпоксії, мікроциркуляторних розладів і ДВЗ-синдрому розвиваються функціональні розлади ЦНС. Вони проявляються у вигляді головного болю, відчуття страху, дезорієнтації, порушення свідомості від оглушеності до коми та ін. В окремих випадках клініцисти навіть спостерігають симптоми подразнення мозкових оболонок у вигляді ригідності м’язів потилиці, часто незначної та сумнівної. Деяким із таких пацієнтів проводять люмбальну пункцію та дослі­дження ліквору. Лікворний тиск у них може бути підвищеним, але спинно-мозкова рідина завжди прозора, із лімфоцитарним цитозом, що не перевищує 20 кл./мл, і нормальними біохімічними показниками.

Більшість таких пацієнтів має когнітивні розлади. В окремих із них є бодай сумнівна менінгеальна симптоматика, мінімальний цитоз у лікворі та підвищення лікворного тиску. За таких обставин логічно припустити ймовірність вірусного ураження ЦНС при COVID-19. Тож досі деякі дослідники вказують на пряму вірусну інвазію в клітини ЦНС [4, 10, 11] навіть попри відсутність реальних і достовірних доказів реплікації SARS-CoV-2 у клітинах мозку. Понад це, в окремих публікаціях наводять посилання на дослі­дження, що нібито доводять безпосереднє ураження власне клітин ЦНС SARS-CoV-2 [5-9]. Але під час перевірки цих ­джерел виявляється, що в них насправді йдеться лише про патомеханізми ушко­дження ЦНС, безпосередньо пов’язані з ураженням судин, порушенням у системі гемостазу, гіпоксією, а також імунною та автоімунною агресією щодо тканин ЦНС.

У доступних інформаційних ­джерелах та оглядах ми не змогли відшукати інформацію про патоморфологічне підтвер­дження ковідних менінгітів та енцефалітів, а також про виділення або просто детекцію за допомогою ПЛР чи інших методів SARS-CoV-2 з ліквору таких пацієнтів [5, 6, 8]. Оскільки, на наш погляд, «ковідна» природа ураження ЦНС вкрай сумнівна, а ми не мали можливості здійснити вірусологічні та молекулярно-генетичні дослі­дження ліквору на SARS-CoV-2 (тест-системи для виділення РНК коронавірусу розроблені лише для носоглоткового слизу і клітин носоглотки, але не для спинно-мозкової рідини), було вирішено використовувати класичний спосіб доказу або виключення такої патології у хворих на COVID-19 – патогістологічні дослі­дження мозку в померлих від COVID-19.

Фактично багато дослідників наполягали на коронавірусній природі ураження ЦНС [4, 10, 11], але ми йшли всупереч усталеній думці, опублікованій у багатьох «іменитих» наукових, науково-популярних і просто періодичних виданнях.

Виходячи з припущення, що ураження ЦНС при COVID-19 спричинене саме SARS-CoV-2, у секційних матеріалах ЦНС померлих від COVID-19 мали б виявлятися зміни, властиві серозному менінгіту, менінгоенцефаліту або енцефаліту. Загальновідомо, що найбільш показовими ділянками ЦНС для такої діагностики є м’які мозкові оболонки, кора головного мозку, стовбур мозку, гіпоталамус та судинні сплетення [12, 13]. До того ж у разі вірусного менінгіту в гістологічних зразках м’якої оболонки виявляють набряк, набухання та лімфоцитарну інфільтрацію різного ступеня.

При вірусному енцефаліті в різних структурах мозку мікроскопія найчастіше дає змогу виявити дифузні поширені інфільтрати з лімфоцитів, плазмоцитів, моноцитів. Нерідко ця інфільтрація концентрується навколо судин. Можна помітити гіперплазію мікроглії з формуванням вузликів (вузликова гіперплазія), а також нейрофагію (фагоцитоз ушко­джених нейронів фагоцитами, як правило, макрофагами або мононуклеарами). Нерідко в нейронах і клітинах нейро­глії виявляють внутрішньоклітинні включення («тільця» або місця реплікації та складання вірусних частинок) [12-14].

Було дослі­джено матеріал від трьох померлих хворих (двох чоловіків та однієї жінки) віком від 50 до 70 років. Діагноз «COVID-19» у них був підтвер­джений за допомогою молекулярно-генетичного ПЛР-аналізу (виділення РНК вірусу) та імуноферментного аналізу (ІФА) – шляхом виявлення відповідних IgМ та IgG. Усі померлі лікувалися в стаціонарі протягом 20-30 діб. Причиною смерті був значний інтерстиційний геморагічний набряк легень зі значною дихальною (легеневою) недостатністю. У всіх посмертних епікризах згадувалося про значні когнітивні розлади та депресивний синдром. Важливо, що клінічних чи патогістологічних ознак гострого геморагічного або гострого ішемічного ураження ЦНС не було. Саме це й стало причиною вибору патанатомічного матеріалу від цих пацієнтів. Примітно, що гістологічних ознак вірусного ураження тканин мозку та мозкових оболонок у вигляді серозного менінгіту та енцефаліту в цих хворих також не було.

На рисунках 1-4 показано власне м’яку та пов’язану з нею павутинну мозкову оболонку (утворюють фактично одну оболонку або leptomeninx) хворих, померлих від COVID-19. Проілюстровано відсутність ознак вірусного ураження мозкових оболонок.

Рис. 1. М’яка мозкова оболонка пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

Рис. 2. М’яка мозкова оболонка пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

Рис. 3. М’яка мозкова оболонка пацієнта, який помер від COVID‑19, ×400

Рис. 4. М’яка мозкова оболонка пацієнта, який помер від COVID‑19, ×400

На наведених мікрофотографіях чітко видно набряк, набухання та розволокнення шарів м’якої мозкової оболонки. Деградації клітинних шарів оболонок немає. Два–три шари гліальних клітин мембрани м’якої мозкової оболонки без видимих змін. Клітинний склад оболонок також без видимих патологічних включень. Є помірна повнокровність судин без лімфоцитарної та/або мононуклеарної інфільтрації тканин оболонок. У препаратах немає ознак ішемії та тромбозів мікросудин оболонок. Із цього випливає, що характерних ознак серозного вірусного лептоменінгіту немає. Виявлено помірний набряк і набухання мозкових оболонок за відсутності їх лімфоцитарної або мононуклеарної інфільтрації.

Нижче наведено мікрофотографії кори головного мозку хворих, які померли від COVID-19 (рис. 5, 6).

Рис. 5. Кора головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

Рис. 6. Кора головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

На наведених мікрофотографіях чітко видно периваскулярний, перицилюлярний набряк тканин мозку, характерні для термінальних станів. Архітектоніка кори (пошарова будова) не порушена. Відзначається помірна повнокровність судин із ділянками стазів еритроцитів та їх діапедезним випотіванням із просвіту мікросудин. Ураження, деструкції та змін у стінках судин кори головного мозку немає. Стінки судин не ушкоджені, всі шари стінки судин без змін. Деструкції та злущення ендотелію судин немає. Також немає тромбів і ділянок геморагій. У головному мозку ділянок ішемії, тромбозу, лізису мозкової тканини, некрозів і лізису нейронів і клітин нейроглії немає. Стаз еритроцитів та їх діа­педезне випотівання у тканину мозку на тлі значного набряку та набухання навколишніх судин тканин є, по суті, однією з початкових стадій тромбоутворення, характерного для порушень гемостазу при COVID-19.

Таким чином, характерних ознак серозного вірусного енцефаліту немає. Немає дифузних поширених мононуклеарних клітинних інфільтратів, гіперплазії мікро­глії з формуванням вузликів, некрозів і цитолізу нейроцитів, а також будь-яких включень у нейронах. Є лише помірний набряк тканин мозку, характерний для гіпоксії, дисметаболічних і термінальних станів.

На наведених мікрофотографіях окремих ділянок стовбура головного мозку хворих, які померли від COVID-19 (рис. 7, 8), чітко видно аксональні відростки нейронів, що формують пірамідні шляхи. Астроцити та клітини нейроглії без патологічних змін. Тромбів і геморагій у тканинах моста, ділянок ішемії, тромбозу, лізису мозкових нейронів і клітин нейроглії немає. Відповідно, немає і характерних ознак серозного вірусного енцефаліту.

Рис. 7. Ділянка стовбура головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

Рис. 8. Ділянка стовбура головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

На наведеній мікрофотографії гіпоталамуса головного мозку хворого, який помер від COVID-19 (рис. 9), помітні помірні набряк і повнокрів’я. Тканини гіпоталамуса нейроцити та нейроглія без патологічних змін. Тромбів і геморагій, ділянок ішемії, лізису мозкових нейроцитів і клітин нейроглії немає. Таким чином, патології гіпоталамуса не виявлено.

Рис. 9. Гіпоталамус пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

На мікрофотографіях судинних сплетень бічних шлуночків головного мозку хворих, які померли від COVID-19 (рис. 10, 11), помітно помірні стоншення сплетень і повнокрів’я. Тромбів судин і геморагій немає. Структура сплетень не змінена. Стінка судин не ушкоджена, ендотелій судин, секреторний епітелій сплетень без змін. Таким чином, патології сплетень бічних шлуночків головного мозку також не виявлено, а відповідно, немає й даних за гострий вентрикуліт та епендиматит.

Рис. 10. Судинні сплетення бічних шлуночків головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×200

Рис. 11. Судинні сплетення бічних шлуночків головного мозку пацієнта, який помер від COVID‑19, ×400

Задля справедливості необхідно визнати, що у хворих на COVID-19, у пацієнтів із постковідним синдромом, особливо осіб похилого та старечого віку, а також у хворих на цукровий діабет нерідко виникають порушення мозкового кровообігу, що зазвичай закінчуються ішемічними інсультами (тромбозом судин головного мозку). Це наслідок коронавірусної інфекції, що призводить до таких вторинних судинних ускладнень. Але це жодним чином не свідчить про первинне ураження структур ЦНС SARS-CoV-2.

Висновки

1. Спираючись на фактичний гістологічний матеріал, можна з упевненістю сказати, що на наведених мікрофотографіях у структурах мозку та його оболонок виявлено зміни, характерні для гіпоксії, мікроциркуляторних порушень, які нерідко супрово­джують дисметаболічні та гіпоксичні енцефалопатії.
2. Незважаючи на те, що в цих пацієнтів були значні когнітивні розлади, які спостерігають у більшості хворих на COVID-19, можна зробити об’єктивний висновок про те, що ці розлади функціональні та не пов’язані безпосередньо з ураженням ЦНС SARS-CoV-2.

Надалі необхідні тонші морфологічні дослі­дження тканин мозку у хворих на COVID-19. Це насамперед стосується електронної мікроскопії, імуногістохімічних і молекулярно-генетичних дослі­джень, які остаточно зможуть або підтвердити, або виключити пряме ураження ЦНС, зумовлене SARS-CoV-2, при COVID-19.

Список літератури

1. ICD, W. (10). International Classification of Diseases 10th Revision The Global Standard for Diagnostic Health Information. ICD-10 Code W90 for Exposure to Other Non-Ionizing Radiation. Available online: https://icd. who. int/browse10/2010/en W, 90. – https://icd.who.int/browse10/2019/en#/U07.1

2. World Health Organization. ICD-11 International Classification of Diseases 11th Revision. The global standard for diagnostic health information [Internet]. Ginebra: WHO; 2021 [citado 12/11/2021]. – https://icd.who.int/en, 05/02/2023

3. Kelly, S. (2021). COVID-19 «brain fog» inspires search for causes and treatments. Disentangling the roots of survivors’ cognitive deficits is no easy task. Science. – doi:10.1126/science.abj2105 /https://www.science.org/content/article/covid-19-brain-fog-inspires-search-causes-and-treatments, 05/02/2023

4. Kogan, E. A., Berezovsky, Y. S., Protsenko, D. D., Bagdasaryan, T. R., Gretsov, E. M., Demura, S. A., … & Tertychny, A. S. (2020). Pathological anatomy of infection caused by SARS-CoV-2. Forensic Science, 6(2), 8-30. [in Russian].

5. Thakur, K. T., Miller, E. H., Glendinning, M. D., Al-Dalahmah, O., Banu, M. A., Boehme, A. K., … & Canoll, P. (2021). COVID-19 neuropathology at columbia university irving medical center/New York presbyterian hospital. Brain, 144(9), 2696-2708. – https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awab148/6226391

6. Dunai, C., Collie, C., & Michael, B. D. (2022). Immune-Mediated Mechanisms of COVID-19 Neuropathology. Frontiers in Neurology, 782. – doi: 10.3389/fneur.2022.882905/https://doi.org/10.3389/fneur.2022.882905, 05/02/2023

7. Jonigk, D., Werlein, C., Acker, T., Aepfelbacher, M., Amann, K. U., Baretton, G., … & Boor, P. (2022). Organ manifestations of COVID-19: what have we learned so far (not only) from autopsies?. Virchows Archiv, 481(2), 139-159. – doi: 10.1007/s00428-022–03319-2

8. Eschbacher, K. L., Larsen, R. A., Moyer, A. M., Majumdar, R., & Reichard, R. R. (2023). Neuropathological findings in COVID-19: An autopsy cohort. Journal of Neuropathology & Experimental Neurology, 82(1), 21-28. – doi: 10.1093/jnen/nlac101.

9. Poloni, T. E., Moretti, M., Medici, V., Turturici, E., Belli, G., Cavriani, E., … & Ceroni, M. (2022). COVID-19 Pathology in the Lung, Kidney, Heart and Brain: The Different Roles of T-Cells, Macrophages, and Microthrombosis. Cells, 11(19), 3124. – doi: 10.3390/cells11193124 / https://www.mdpi.com/2073-4409/11/19/3124, 05/02/2023

10. Wenzel, J., Lampe, J., Müller-Fielitz, H., Schuster, R., Zille, M., Müller, K., … & Schwaninger, M. (2021). The SARS-CoV-2 main protease Mpro causes microvascular brain pathology by cleaving NEMO in brain endothelial cells. Nature neuroscience, 24(11), 1522-1533. – doi: 10.1038/s41593-021–00926-1

11. Krasemann, S., Haferkamp, U., Pfefferle, S., Woo, M. S., Heinrich, F., Schweizer, M., … & Pless, O. (2022). The blood-brain barrier is dysregulated in COVID-19 and serves as a CNS entry route for SARS-CoV-2. Stem cell reports, 17(2), 307-320. – doi:10.1016/j.stemcr.2021.12.011

12. Lvov, D. K. (2013). Guide to Virology: Viruses and viral infections of humans and animals. M.: Publishing House «Medical Information Agency», 1200 p. [in Russian].

13. Strukov, A. I, Serov, V. V. (2004). Pathological anatomy: a textbook. Kharkiv: Fakt, 864 p. [in Ukrainian].

14. Vozianova, Zh. I. (2000). Infectious and parasitic diseases: in 3 volumes. Kyiv: Zdorovya, Vol. 1, 904 p. [in Ukrainian].

PATHOMORPHOLOGY OF THE PEOPLE BRAINS WHO DIED FROM COVID-19

A. M. Bondarenko¹, I. V. Say², L. A. Bondarenko³, V. S. Kopcha⁴

¹ Kryvy Rih National University. ² Kryvy Rih City Hospital No. 7. ³ Communal enterprise «Regional Medical Center for Family Health» of the Dnipropetrovsk Regional Council (Dnipro). ⁴ I.Ya. Horbachevsky Ternopil National Medical University

Abstract

The study of the pathomorphology of the brain of patients with COVID-19 is given. The pathohistological picture of meningeal membranes, cerebral cortex, vascular plexuses, brain stem and hypothalamus is described in detail. The obtained data showed that even in the presence of clinical symptoms of damage to the central nervous system (CNS), dead patients with a severe degree of COVID-19 do not have any pathohistological signs of direct damage to CNS neurons by SARS-CoV-2. A detailed analysis showed that a thorough histological examination of the brain tissues did not reveal any histological signs of meningitis, meningoencephalitis, encephalitis and ependymatitis characteristic of viral brain damage. The obtained data objectively showed that there is no direct specific damage of SARS-CoV-2 on the CNS of patients even with severe and extremely severe degrees of COVID-19. Therefore, with COVID-19, there cannot be clinical options for the course of the disease in the form of covid meningitis, meningoencephalitis, encephalitis and ependymitis.

Key words: COVID-19, brain damage, meningeal membranes, pathomorphology.