Patofyziologie infekce virem chřipky

Infekce virem lidské chřipky se replikuje především v respiračním epitelu. Jiné typy buněk, včetně mnoha imunitních buněk, mohou být infikovány virem a zahájí produkci virového proteinu. Účinnost virové replikace se však u jednotlivých buněčných typů liší a u člověka je respirační epitel jediným místem, kde dochází k účinnému štěpení molekuly hemaglutininu (HA) a vzniku infekčních virových částic. K přenosu viru dochází, když se vnímavý jedinec dostane do kontaktu s aerosoly nebo respiračními fomity nakaženého jedince .

Fretka se tradičně používá jako model přenosu chřipky, protože většina lidských chřipkových virů nepotřebuje k infikování a přenosu mezi fretkami žádné přizpůsobení. Studie na fretkách identifikovaly měkké patro jako hlavní zdroj chřipkových virů, které se přenášejí mezi jedinci. Pozoruhodné je, že měkké patro je obohaceno o sialové kyseliny vázané na α2,6, které jsou preferovány hemaglutininovými proteiny, jež se v současné době nacházejí v cirkulujících lidských chřipkových virech . Toto obohacení se vyskytuje i v měkkém patře lidí .

Primární mechanismus patofyziologie chřipky je výsledkem zánětu a ohrožení plic způsobeného přímou virovou infekcí respiračního epitelu v kombinaci s účinky zánětu plic způsobeného imunitními reakcemi najatými ke zvládnutí šířícího se viru (tabulka 1). Tento zánět se může šířit systémově a projevit se jako multiorgánové selhání, ale tyto důsledky jsou obecně až za plicní kompromitací a těžkou respirační tísní . Byly také pozorovány určité souvislosti mezi infekcí virem chřipky a srdečními následky, včetně zvýšeného rizika onemocnění myokardu v týdnech po infekci virem chřipky. Mechanismy tohoto jevu, kromě obecného zánětlivého profilu, nejsou dosud vyřešeny .

Jak chřipka vyvolává ARDS

Chřipkový virus infikuje epitelové buňky dýchacích cest, které vystýlají horní (včetně nosní) až dolní (až po plicní sklípky) dýchací cesty. Klíčovým parametrem při určování rozsahu přidruženého onemocnění je míra napadení dolních dýchacích cest virem . Zdá se, že zejména infekce alveolárních epiteliálních buněk je hnací silou rozvoje závažného onemocnění, protože ničí klíčové mediátory výměny plynů a umožňuje působení viru na endotelové buňky. Časné interakce mezi virem chřipky, alveolárními makrofágy, které sídlí v plicních dýchacích cestách, a epitelovou výstelkou jsou důležitým faktorem určujícím progresi alveolárního onemocnění . Jakmile je tato křehká vrstva porušena, může působení cytokinů a virového antigenu na endoteliální vrstvu zesílit zánět, přičemž endoteliální buňky jsou hlavním zdrojem prozánětlivých cytokinů, které budou určovat rozsah a charakter následných vrozených a adaptivních imunitních reakcí .

V konečném důsledku představuje zapojení významné části dýchacích cest do infekční reakce, ať už přímou virovou infekcí nebo poškozením ze strany reagujícího imunitního systému, fyziologické selhání. Neschopnost plic plnit svou primární funkci výměny plynů může být důsledkem mnoha nevylučujících se mechanismů, včetně obstrukce dýchacích cest, ztráty alveolární struktury, ztráty integrity plicního epitelu v důsledku přímého usmrcení epitelových buněk a degradace kritické extracelulární matrix, která udržuje strukturu plic . Tato poslední oblast je poměrně málo prozkoumaná a vztah mezi imunitní odpovědí a strukturou extracelulární matrix není zcela objasněn. Dále nejsou plně známy klíčové dráhy regulující degradaci a regeneraci extracelulární matrix v souvislosti s infekcí a při obnově zdravé funkce plic .

Terapie zaměřené na tyto dráhy mohou mít účinnost v pozdější fázi reakce, poté, co se zjistí, že tradiční antivirotika mají snížený účinek . Za tímto účelem bylo ve zprávě zjištěno, že inhibice kolagenázy MT1-MMP (MMP14) omezila poškození tkáně a zlepšila přežití na myším modelu těžké infekce virem chřipky a na modelu koinfekce chřipky a pneumokoka . Cílení na následné účinky zánětu a poškození plic spojené s imunitním systémem může být životaschopným prostředkem k omezení patologie spojené s chřipkou .

Další přístupy k přímému řešení reakce hostitele namísto výhradního zaměření na virus zahrnovaly cílení na vrozené imunitní dráhy, které zesilují zánětlivé signály a přispívají k poškození epitelu. Inflammasom, vrozený signální komplex, který je nezbytný pro sekreci IL-1β a IL-18, byl v mnoha studiích zahrnut do patologie spojené s chřipkou . Potlačení aktivace inflammasomu v pozdější fázi infekce cíleným působením na NLRP3 (klíčovou složku signalizace inflammasomu) za chřipkou mělo pozitivní účinky na zotavení na zvířecích modelech . Po aktivaci inflammasomu může sekundární cytokinová a chemokinová signalizace vést k náboru tkáň poškozujících populací neutrofilů a zánětlivých monocytů. Pokusy blokující signalizaci CXCR1/2, klíčovou receptorovou dráhu nezbytnou pro nábor neutrofilů do místa zánětu, ukázaly ochranu u myších infekcí chřipkou, Staphylococcus pneumoniae nebo kombinovaných infekcí. Vzhledem k významu sekundárních bakteriálních infekcí (podrobně popsaných níže) u onemocnění spojených s chřipkou může mít taková léčba zaměřená na hostitele významnou klinickou užitečnost . Neutrofily mohou zprostředkovat poškození tkání vylučováním vysokých hladin enzymů remodelace tkání, jako jsou MMP, ale také zesilovat zánět vylučováním extracelulárních pastí (NET). Na myších modelech NETs vysoce korelovaly s akutním poškozením plic, které mohlo být zhoršeno posunem buněčných infiltrátů ve prospěch neutrofilů vyčerpáním makrofágů . Podobné struktury NET byly pozorovány u lidí trpících závažným chřipkovým onemocněním. V jedné studii těžké infekce virem H7N9 a H1N1pdm09 korelovaly hladiny NET při přijetí s klinickým skóre (APACHE II) .

Cílení na zánět hostitele je stále zajímavější pro vývoj nových terapeutik pro těžkou chřipku. Jedna studie použila dobře charakterizovaný inhibitor mTOR rapamycin/sirolimus k potlačení zánětu, což vedlo ke zlepšení výsledků, které korelovaly se sníženou aktivitou inflammasomu . Cílení na dráhu mTOR jako prostředek ke snížení zánětu a podpoře zotavení implikuje metabolismus hostitele v etiologii těžkého chřipkového onemocnění vzhledem k ústřední roli, kterou mTOR hraje v detekci živin. V lokálních a systémových analýzách závažných případů chřipky byly zaznamenány metabolické poruchy a bylo prokázáno, že metabolické zásahy mění profily reakce hostitele způsobem, který může být ochranný nebo škodlivý v závislosti na kontextu infekce. Například u myších modelů bakteriální sepse nebo infekce virem chřipky mělo omezení glukózy opačné účinky, chránilo před bakteriální sepsí, ale zhoršovalo onemocnění spojené s chřipkou . Úloha metabolismu při modulaci virové infekce je složitá, protože zatímco hostitel potřebuje určité živiny pro podporu svých imunitních aktivit, samotný virus vyžaduje značné metabolické zdroje hostitelských buněk pro udržení své replikace, včetně glukózy a glutaminu . Zaměření na tyto metabolické požadavky viru může otevřít další terapeutická okna. Navíc bylo prokázáno, že globální metabolický stav v hostiteli má zásadní vliv na průběh virové infekce a progresi do fenotypů ARDS. Obézní zvířata a lidé jsou výrazně náchylnější k těžké chřipce, přičemž se zvyšuje poškození plic a trvalá replikace viru, což svědčí o selhání hostitelské imunity a potenciálně zvýšené virové patogenezi. Mechanismy související s obezitou a náchylností jsou pravděpodobně komplexní a multifaktoriální, včetně zvýšeného zánětu a zhoršeného hojení ran u obézních jedinců. Navíc obezita tlumí některé rysy adaptivní imunity, které mohou zpozdit odstranění viru nebo zvýšit náchylnost k počáteční infekci .

Klinická progrese chřipky do pneumonie a ARDS

Přibližně u 30-40 % hospitalizovaných pacientů s laboratorně potvrzenou chřipkou je diagnostikována akutní pneumonie. Tito pacienti, u kterých se vyvine pneumonie, jsou častěji mladí (< 5 let), staří (> 65 let), běloši a obyvatelé pečovatelských domů; mají chronické plicní nebo srdeční onemocnění a anamnézu kouření; a jsou častěji imunokompromitovaní. Za zmínku stojí, že k rozvoji závažných komplikací chřipky jsou náchylnější také těhotné ženy, extrémní obezita, indiáni a původní obyvatelé Aljašky . Nicméně na rozdíl od sezónních epidemií chřipkové virové infekce, které vykazují tyto klasické rizikové faktory, byly pandemie, jako je H1N1 z roku 2009, spojeny s vyšší mírou hospitalizovaných respiračních selhání u dříve zdravých a mladých dospělých . Nedávno velká kohorta z Austrálie a Nového Zélandu uvedla, že během zimy 2017 byl převládající kmen viru H3N2 spojen s bezprecedentně vysokým počtem hospitalizací na jednotkách intenzivní péče z důvodu virových a bakteriálních pneumonií, dokonce vyšším než při pandemii 2009 H1N1 .

Nejsou k dispozici spolehlivé statistiky o skutečné incidenci nebo prevalenci ARDS souvisejícího s chřipkou v dětské ani dospělé populaci. Je však známo, že naprostá většina ARDS je způsobena bakteriální sepsí a neinfekční etiologií, jako je trauma, pankreatitida, inhalace kouře a toxicita léků . Pozorovací studie naznačují, že v rámci malého podílu ARDS vyvolaného viry v dětské populaci je většina způsobena respiračním syncytiálním virem a chřipkou A, zatímco chřipka A je převažující virovou etiologií ARDS v dospělé populaci . Evropská kohorta ze studie Eurosurveillance ukázala, že rizikovými faktory nezávisle spojenými s ARDS u pacientů s diagnózou chřipky jsou věk mezi 36 a 55 lety, těhotenství a obezita, zatímco ochrannými faktory spojenými s ARDS jsou ženské pohlaví, očkování proti chřipce a infekce viry chřipky A (H3N2) nebo chřipky B . Pozoruhodné je, že jedinými faktory, které zůstaly významně spojeny s úmrtím, byly zvyšující se skóre závažnosti a věk vyšší než 55 let . V jiné kohortě z Číny byl zřejmě významným faktorem virový kmen, protože ve srovnání s H1N1 byla ARDS způsobená virem H7N9 spojena s vyšší závažností onemocnění, vyšší mírou mechanických komplikací a nemocničních pneumonií a vyšší úmrtností . Potenciálním novým rizikovým faktorem pro vznik ARDS během chřipkové sezóny je provádění kardiochirurgických operací .

Problém diagnostiky pneumonie a ARDS u pacientů s pozitivními laboratorními výsledky na chřipku souvisí s časovým průběhem klinických příhod. Infekce virem chřipky může sama o sobě způsobit závažnou pneumonii a ARDS, ale může působit i ve spojení s bakteriální infekcí (popsáno níže). Může předcházet epizodě pneumonie způsobené sekundární bakteriální infekcí, nejčastěji S. aureus a S. pneumoniae, nebo může následovat epizoda nozokomiální pneumonie . Kliničtí lékaři běžně nedokáží klinicky diagnostikovat chřipku až u dvou třetin pacientů, u nichž byla potvrzena infekce virem chřipky . V případě těžké pneumonie nebo ARDS je jediným spolehlivým vodítkem, že chřipka je možným původcem, prezentace během vrcholné sezóny epidemie, protože samotná symptomatologie nemůže odlišit těžkou chřipku od jiných virových nebo bakteriálních respiračních infekcí. Primární chřipková pneumonie vykazuje přetrvávání a/nebo následné zhoršení respiračních příznaků, zatímco sekundární bakteriální pneumonie se vyskytuje 1-3 týdny jako „recidiva“ po skončení nebo odeznění počátečních příznaků chřipky; bakteriální koinfekce se však může objevit i několik dní po začátku chřipkového onemocnění. Jak již bylo řečeno, pouze 5 % všech závažných pneumonií přijatých na jednotku intenzivní péče je virové etiologie .

Chřipka se projevuje jako sepse

Imunitní odpověď na chřipku sdílí mnoho společných cest s odpovědí na bakterie, proto by nemělo být překvapením, že infekce virem chřipky může mít velmi podobný klinický obraz jako bakteriální sepse . Konkrétně několik studií prokázalo, že oba receptory Toll-like 2 a 4, které jsou hlavními receptory pro grampozitivní a gramnegativní bakterie, souvisejí také s patogenitou chřipky . Zánětlivá odpověď se také liší podle virového kmene; například virus H5N1 vyvolává v krevních makrofázích silnější reakci než virus H1N1pdm09 a H7N7, ale H1N1pdm09 produkuje silnější cytokiny než ostatní kmeny . Navíc podobně jako u bakteriální sepse bylo u infekcí virem chřipky pozorováno poškození endotelu a změny mikrovaskulární permeability vedoucí k edému tkání a selhání orgánů . Analogicky k predispozici viru chřipky k sekundární bakteriální pneumonii zvyšuje virus chřipky šestinásobně progresi do sekundární bakteriální sepse . Dospělí s těžkým orgánovým selháním vyvolaným chřipkou a dětští pacienti s vysokým skóre PIM a akutním selháním ledvin mají vyšší riziko úmrtí . Velká mezinárodní kohorta hodnotící příčiny sepse u přibližně 1600 pacientů z jihovýchodní Asie zjistila, že 4 % všech sepsí byla způsobena chřipkovými viry . V nedávné zimní sezóně 2017 s převládajícím kmenem viru H3N2 australská studie uvádí, že počet přijetí na jednotku intenzivní péče pro sepsi byl mnohem vyšší, než se očekávalo, což autoři částečně přičítají sezóně chřipkových virů .

Úloha virových a bakteriálních koinfekcí a jejich vliv na výsledky léčby

Výskyt virových a bakteriálních respiračních koinfekcí je popisován již více než sto let, včetně období pandemie chřipky v roce 1918; ještě před několika lety však obecné poznatky poukazovaly na to, že se jedná o neobvyklou událost bez zásadních změn na výsledky léčby pacientů. Nedávný nástup rychlejších a dostupnějších mikrobiologických diagnostických testů (např. polymerázová řetězová reakce s reverzní transkriptázou v reálném čase) odhalil zcela jiný obraz. V současné době jsou virové etiologie samy o sobě zodpovědné za jednu třetinu všech případů komunitních pneumonií (CAP) . Mezi tyto etiologie patří chřipka, parainfluenza, koronavirus, rhinovirus, metapneumovirus, adenovirus, respirační syncytiální virus a další méně časté mikroorganismy. V současné době je známo, že virové infekce vyskytující se současně s bakteriální CAP se vyskytují s frekvencí 30-50 % v dospělé i dětské populaci . Je zajímavé, že by bylo intuitivnější předpokládat, že CAP bude nejzávažnějším projevem těchto koinfekcí, ale v poslední době bylo provedeno několik studií, které prokázaly, že tyto virově-bakteriální infekce postihují také 10-20 % pacientů s nemocniční pneumonií (HAP) . Ve velké kohortové studii s více než 2 000 pacienty hospitalizovanými s těžkou chřipkou H1N1pdm09 byly identifikovány následující rizikové faktory pro vznik HAP: potřeba mechanické ventilace, sepse, přijetí na jednotku intenzivní péče první den, lymfocytopenie, vyšší věk a anémie. Za zmínku stojí rostoucí počet důkazů, které naznačují, že 20-30 % dětských a dospělých pacientů s podezřením na bakteriální sepsi může mít virovou koinfekci (např. chřipku, metapneumovirus, koronavirus a respirační syncytiální virus) a přibližně dvě třetiny těchto případů lékaři běžně přehlédnou . Současné údaje stále postrádají důkaz, že klinický obraz s virovou a bakteriální koinfekcí vede přímo k horším výsledkům, ale stále více důkazů naznačuje, že koinfekce chřipky a bakterií jsou spojeny s vyšší morbiditou a úmrtností . Nedávná studie totiž ukázala, že přítomnost koinfekce u dospělých s akutním respiračním syndromem spojeným s chřipkou vyžadujícím mimotělní membránovou oxygenaci byla významně spojena se čtyřnásobným zvýšením úmrtnosti , a jiná studie u dětí s koinfekcí Staphylococcus aureus s kritickým onemocněním spojeným s chřipkou rovněž prokázala devítinásobné významné zvýšení úmrtnosti .

Mezinimum zvýšené náchylnosti k bakteriální koinfekci po infekci virem chřipky bylo předmětem mnoha studií. Imunitní prostředí plic je po infekci virem chřipky podstatně změněno, s časnou deplecí alveolárních makrofágů . Vzhledem k tomu, že tyto buňky hrají klíčovou roli v reakci na mnoho bakteriálních infekcí, může jejich ztráta hrát rozhodující roli při zvyšování vnímavosti. Kromě toho se při virové infekci spouštějí normální regulační mechanismy, které jsou vyvolány jakoukoli zánětlivou reakcí. Mezi ně patří upregulace klíčových negativních regulátorů na povrchu plicních imunitních buněk, včetně CD200 na makrofázích dýchacích cest. Taková supresorová aktivita je nezbytná k tomu, aby se umožnila oprava tkáně a zabránilo se patologickým důsledkům příliš horlivé imunitní odpovědi, ale mohou poskytnout příležitost bakteriím . Podobně infekce virem chřipky indukuje systémové glukokortikoidy, které mohou tlumit zánět a chránit tak integritu tkání, ale umožňují zvýšený růst bakterií, jak bylo prokázáno na myším modelu koinfekce virem chřipky a listerií . Zablokování glukokortikoidní odpovědi ve skutečnosti vedlo k úmrtí na zánět spojený s infekcí virem chřipky, což ukazuje na rovnováhu mezi tolerancí a odolností vůči patogenu, kterou lze u koinfikovaného hostitele obtížně určit .

Jiné méně časté závažné komplikace chřipky

Zřídka může dojít k akutní myozitidě doprovázené rabdomyolýzou, nejčastěji u dětí, které se projevují extrémní citlivostí dolních končetin a laboratorní vyšetření ukazuje výrazné zvýšení sérové kreatininfosfokinázy a myoglobinurii . Myokarditida a perikarditida byly rovněž vzácně popsány v klinických případech, ale prokázány v pitevních studiích . Komplikace centrálního nervového systému spojené s chřipkou zahrnují encefalitidu, akutní diseminovanou encefalomyelitidu, transverzální myelitidu, aseptickou meningitidu a Guillain-Barreho syndrom (tabulka 2).

.