Способ прогнозирования исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией COVID-19
METHOD FOR PREDICTION OF OUTCOME OF ACUTE DISEASE CAUSED BY NEW CORONAVIRUS INFECTION COVID-19

Изобретение относится к медицине, в частности к способам лабораторной диагностики вирусных заболеваний и может найти применение в клинико-лабораторных условиях для уточнения возможности исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией.
Вспышка новой коронавирусной инфекции, названной COVID-19, началась в декабре 2019 года и перешла в масштаб пандемии в марте 2020. Для COVID-19 характерна летальность около 2% и высокая контагиозность [WHO Coronavirus Disease (COVID-19) Dashboard]. Источником инфекции является SARS-CoV-2, оболочечный одноцепочечный РНК-вирус рода Betacoronavirus [Breeching N.J, Fletcher Т.Е., Fowler R. COVID-19. BMJ Best Practices.]. Вирионы поражают таргетные органы и индуцируют развитие местного и системного воспалительного ответа [Смирнов B.C., Тотолян А.А. Некоторые возможности иммунотерапии при коронавирусной инфекции. Инфекция и иммунитет.2020;10(3):446-458. DOI: 10.15789/2220-7619-SPO-1470]. Клиническую картину новой коронавирусной инфекции можно охарактеризовать как острое респираторное заболевание, однако течение болезни варьирует у разных пациентов от асимптоматического до крайне тяжелого, в частности, пневмонии с острым респираторным дистресс-синдромом, являющимся основной причиной смерти при COVID-19 [Parasher A. COVID-19: Current understanding of its Pathophysiology, Clinical presentation and Treatment Postgraduate Medical Journal 2021;97:312-320 [10.1136/postgradmedj-2020-138577]]. Однозначного ответа на вопрос, чем обусловлена вариативность клинической картины у разных пациентов, до сих пор не существует. Выдвигается множество теорий относительно патогенеза инфекции SARS-CoV-2, однако уже сейчас понятно, что в основе разнообразия клинических проявлений лежит индивидуальная иммунная реактивность организма.
В иммунопатогенезе SARS-CoV-2 у тяжелых пациентов часто описывается развитие так называемого «цитокинового шторма» патологического гипервоспаления с высвобождением цитокинов [Rodriguez L, Brodin P. Unraveling the Immune Response in Severe COVID-19. J Clin Immunol., 2020, Vol .40, no. 7, pp. 958-959. [10.1007/sl0875-020-00849-9], Смирнов B.C., Тотолян A.A. Некоторые возможности иммунотерапии при коронавирусной инфекции. Инфекция и иммунитет.2020;10(3):446-458. DOI: 10.15789/2220-7619-SPO-1470]. Цитокины представляют собой регуляторные пептиды, продуцируемые клетками организма. К системе цитокинов в настоящее время относят около 200 полипептидных веществ, неконтролируемое высвобождение цитокинов в ответ на инфекцию повреждающее влияет на многие органы и системы, в том числе может приводить к острому повреждению легких с прогрессированием в дыхательную недостаточность. Предполагается существование связи между тяжестью заболевания, интенсивностью репликации вируса и «цитокиновым штормом». Однако состояние «цитокинового шторма» характеризуется скачкообразным одновременным повышением уровней многих цитокинов, при котором возникает угроза жизни пациента и значительно осложняется диагностика. Вследствие этого, обнаружение среди цитокинов отдельных факторов с потенциалом предикторов подобного состояния может быть использовано для улучшения качества терапии заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией.
Известен способ оценки тяжести пневмонии при COVID-19 с помощью ультразвукового метода исследования [Способ оценки тяжести пневмонии при covid-19 с помощью ультразвукового метода исследования (RU 2729368), опубликован 2021]. Суть метода заключается в проведении ультразвукового сканирования легких в соответствии с 20- или 16-зонным протоколом, с дифференцированием, регистрацией и последующим подсчетом умеренных либо выраженных интерстициальных изменений. На основании этих данных подсчитывается коэффициент степени тяжести пневмонии вызванной вирусом SARS-CoV-2, по которому определяется площадь поражения легких. Метод позволяет оценить степень поражения легких при COVID-19 у пациентов, но не позволяет сделать прогноз по исходу заболевания.
Известен способ оценки риска развития тяжелой формы COVID-19 с использованием генотипирования аллелей генов HLA-A, HLA-C [Способ оценки риска развития тяжелой формы covid-19 (RU 2747097), опубликован 2021]. Способ обеспечивает возможность повышения точности прогнозных оценок риска развития тяжелой формы COVID-19 для лиц возрастом от 35 до 60 лет за счет формирования базы данных аллелей генов HLA-A, HLA-C со значениями главных компонент, которую затем используют для оценки риска развития тяжелой формы COVID-19 у конкретного пациента. К недостаткам метода можно отнести необходимость предварительного составления базы данных генотипирования популяции, включающий анализ не менее 400 случаев заболевания COVID-19 у пациентов разных возрастных групп и с разными исходами заболевания.
Наиболее близким по своей сущности к методу, предлагаемому в данном изобретении, является способ прогнозирования исхода абдомиального сепсиса по динамике изменения концентрации цитокина VEGF в плазме крови [Способ прогнозирования исхода сепсиса (RU 2517523), опубликован 2014]. Способ основан на определении в плазме венозной крови у больного с абдоминальным сепсисом уровня васкулярного эндотелиального фактора роста (VEGF) в пг/мл с помощью иммуноферментного анализа дважды с интервалом от 1 до 7 суток, с последующим вычислением индекса прогноза (ИП) исхода абдоминального сепсиса. По динамике концентрации цитокина в плазме крови, метод позволяет спрогнозировать исход абдомиального сепсиса, но не других заболеваний.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа прогноза исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией, который позволяет разделить пациентов на две группы: выздоровевшие и пациенты с летальным исходом, благодаря определению в плазме крови двух цитокинов (ИЛ-6, ИЛ-18).
Изобретение позволит расширить арсенал средств, используемых для диагностики острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фигуре 1 приведен алгоритм математической обработки результатов. Пороговые значения, получены авторами по результатам анализа образцов плазмы крови пациентов с острым заболеванием, вызванным новой коронавирусной инфекцией и данных по клиническим исходам их заболеваний.
Решение поставленной задачи достигается тем, что производится взятие образца периферической крови пациента в острой фазе заболевания, до начала терапии, центрифугирование пробы с отделением плазмы с последующим диагностированием заболевания по содержанию белковых продуктов в плазме крови. Авторами предложено в качестве определяемых белковых продуктов использовать цитокины ИЛ-6 и ИЛ-18. Их концентрацию определяют в плазме крови и по соответствию концентрации маркера пороговым значениям предполагают выздоровление пациента, либо летальный исход.
Для оценки диагностической ценности анализируемых биомаркеров, для них был проведен анализ характеристических кривых (receiver operating characteristic curve - ROC) и определены значения площади под кривой -AUC (Area Under the Curve). Было установлено, что самостоятельно ни один из выделенных показателей не обладает максимальной чувствительностью и специфичностью, что исключает возможность их изолированного использования с диагностической целью. Далее был применен метод построения деревьев решений в программе JMP 16.0, на основе полученных результатов которого было установлено, что совместное определение двух маркеров ИЛ-6 и ИЛ-18 является достаточным для определения исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией. Значения AUC для двух цитокинов были более 0,97, что говорит об очень хорошем качестве выбранной модели.
В результате анализа были получены следующие пороговые значения для прогноза исхода заболевания COVID-19: ИЛ-18 - 81,6 пк/мл и ИЛ-6 - 23,5 пк/мл. Использование данного алгоритма для диагностики позволяет достигнуть чувствительности метода 94,4%, при специфичности 100%.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлено дерево решений для разделения исходов острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией: выздоровление и летальный исход.
Изобретение реализуется следующим способом.
Пример 1. Выбор порогового значения содержания цитокинов.
Для расчетов пороговых значений использовали значения содержания цитокинов ИЛ-6 и ИЛ-18 в группах больных с острым заболеванием, вызванным новой коронавирусной инфекцией. Образцы периферической крови забирали в вакуумную пробирку с антикоагулянтом К2 ЭДТА, центрифугировали при 1500 об/мин в течение 10 мин для отделения плазмы, которую отбирали в пробирки типа «Эппендорф», замораживали и хранили при -80°С до проведения эксперимента. Для определения содержания цитокинов в плазме крови использовали технологию мультиплексного иммуноферментного анализа по стандартным методикам согласно инструкциям производителя (Millipore, США). Статистическую обработку проводили с применением программ GRAPH Pad Prism 6.02 и JMP 16.0. Для оценки диагностической ценности анализируемых цитокинов был применен метод построения деревьев решений, на основе полученных результатов которого было установлено, что совместное определение двух маркеров ИЛ-6 и ИЛ-18 является максимально информативным для определения исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией.
Оценку проводят по следующему алгоритму: на первой стадии необходимо оценить концентрацию ИЛ-18, значения которого ≥ 81,6 пг/мл указывают в качестве исхода летальный исход, значения < 81,6 пг/мл - на принадлежность к подгруппе, с преимуществом выживания. Далее, необходимо оценить концентрацию ИЛ-6, значение ≥ 23,5 пг/мл указывает на летальный исход, < 23,5 пг/мл - на выздоровление.
Пример 2. Диагностика
Больная Ч., 77 лет.
Диагноз: новая коронавирусная инфекция COVID-19. Поступила 15 мая 2020 года в центр по лечению новой коронавирусной инфекции COVID-19 Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, в состоянии средней тяжести, исход заболевания - летальный исход по КТ-критериям 2 степень. В ходе проведения исследований были получены следующие концентрации цитокинов в плазме крови: ИЛ-6=11,41 пг/мл, ИЛ-18=105,11 пг/мл. Таким образом, у больной значение ИЛ-18 > 81,6 пг/мл, что соответствует предполагаемому летальному исходу и совпадает с фактическим исходом заболевания.
Больной Н., 64 года.
Диагноз: новая коронавирусная инфекция COVID-19. Поступил 19 мая 2020 года в центр по лечению новой коронавирусной инфекции COVID-19 Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, в состоянии средней тяжести, исход заболевания - летальный исход по КТ-критериям 2 степень. В ходе проведения исследований были получены следующие концентрации цитокинов в плазме крови: ИЛ-6=34,76 пг/мл, ИЛ-18=52,59 пг/мл. Таким образом, у больного значение ИЛ-18 < 81,6 пг/мл, однако значение ИЛ-6 > 23,5 пг/мл что соответствует предполагаемому летальному исходу и совпадает с фактическим исходом заболевания.
Больная Б., 67 лет.
Диагноз: новая коронавирусная инфекция COVID-19. Поступила 13 мая 2020 года в центр по лечению новой коронавирусной инфекции COVID-19 Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, в состоянии средней тяжести, исход заболевания - выздоровление. В ходе проведения исследований были получены следующие концентрации цитокинов в плазме крови: ИЛ-6=3,85 пг/мл, ИЛ-18=18,12 пг/мл. Таким образом, у больной значение ИЛ-18 < 81,6 пг/мл и значение ИЛ-6 < 23,5 пг/мл что соответствует предполагаемому выздоровлению и совпадает с фактическим исходом заболевания.
Таким образом, предложенный алгоритм может эффективно использоваться для прогнозирования исхода острого заболевания, вызванного новой коронавирусной инфекцией.