The pathophysiology of influenza virus infection

Human influenza virus infection replicates primarily in the respiratory epithelium. Outros tipos de células, incluindo muitas células imunes, podem ser infectadas pelo vírus e iniciarão a produção de proteína viral. Entretanto, a eficiência da replicação viral varia entre os tipos celulares, e, em humanos, o epitélio respiratório é o único local onde a molécula de hemaglutinina (HA) é efetivamente clivada, gerando partículas infecciosas do vírus. A transmissão do vírus ocorre quando um indivíduo susceptível entra em contacto com aerossóis ou fomites respiratórios de um indivíduo infectado .

O furão tem sido tradicionalmente usado como modelo de transmissão da gripe, uma vez que a maioria dos vírus da gripe humana não necessita de qualquer adaptação para infectar e transmitir entre furões. Estudos em furões identificaram o palato mole como uma das principais fontes de vírus da influenza que são transmitidos entre os indivíduos. Notavelmente, o palato mole é enriquecido em α2,6-linked sialic acids, que são preferidos pelas proteínas da hemaglutinina atualmente encontradas nos vírus da influenza humana em circulação. Este enriquecimento também ocorre no palato mole de humanos .

O mecanismo primário da fisiopatologia da influenza é resultado da inflamação pulmonar e do comprometimento causado pela infecção viral direta do epitélio respiratório, combinado com os efeitos da inflamação pulmonar causada pelas respostas imunes recrutadas para lidar com o vírus em propagação (Tabela 1). Esta inflamação pode se espalhar sistemicamente e se manifestar como uma falha de múltiplos órgãos, mas estas conseqüências são geralmente a jusante do comprometimento pulmonar e da grave angústia respiratória. Algumas associações também têm sido observadas entre a infecção pelo vírus da influenza e seqüelas cardíacas, incluindo o aumento do risco de doença miocárdica nas semanas após a infecção pelo vírus da influenza. Os mecanismos disso, além de um perfil inflamatório geral, ainda estão por resolver .

Como a influenza desencadeia a SDRA

Vírus influenza infecta as células epiteliais respiratórias que revestem o trato respiratório superior (incluindo nasal) através do trato respiratório inferior (até os alvéolos). Um parâmetro chave para determinar a extensão da doença associada é o grau em que o trato respiratório inferior é invadido pelo vírus. A infecção das células epiteliais alveolares em particular parece impulsionar o desenvolvimento de doenças graves, destruindo os principais mediadores das trocas gasosas e permitindo a exposição viral às células endoteliais. As primeiras interações entre o vírus influenza, os macrófagos alveolares residentes nas vias aéreas pulmonares e o revestimento epitelial são um determinante importante para a progressão da doença alveolar. Uma vez quebrada esta frágil camada, a exposição de citocinas e antígenos virais à camada endotelial pode amplificar a inflamação, sendo as células endoteliais uma importante fonte de citocinas pró-inflamatórias que irão impulsionar a magnitude e o caráter das respostas imunes inatas e adaptativas subsequentes .

Ultimamente, o envolvimento de porções significativas das vias aéreas em uma resposta infecciosa, seja por infecção viral direta ou por danos do sistema imunológico respondedor, representa uma falha fisiológica. A incapacidade do pulmão de desempenhar sua função primária de troca gasosa pode resultar de múltiplos mecanismos não exclusivos, incluindo obstrução das vias aéreas, perda da estrutura alveolar, perda da integridade epitelial pulmonar pela morte direta de células epiteliais e degradação da matriz extracelular crítica que mantém a estrutura do pulmão. Esta última área tem sido relativamente pouco estudada, com a relação entre a resposta imunológica e a estrutura da matriz extracelular não totalmente elucidada. Além disso, as principais vias de regulação da degradação e regeneração da matriz extracelular no contexto da infecção e na restauração do funcionamento saudável do pulmão não são totalmente compreendidas .

As terapêuticas que visam estas vias podem ter eficácia mais tarde na resposta, depois de se ter verificado que os antivíricos tradicionais têm efeitos reduzidos . Para este fim, um relatório descobriu que a inibição da colagenase MT1-MMP (MMP14) limitou os danos dos tecidos e melhorou a sobrevivência num modelo de rato de infecção grave pelo vírus da gripe e num modelo de coinfecção influenza-pneumocócica . O alvo dos efeitos a jusante da inflamação e dos danos pulmonares associados à imunidade pode ser um meio viável de limitar a patologia associada à gripe .

Outras abordagens para abordar a resposta do hospedeiro directamente em vez de se concentrar apenas no vírus incluíram o alvo das vias imunitárias inatas que amplificam os sinais inflamatórios e contribuem para os danos epiteliais. O inflammasome, um complexo de sinalização inata que é necessário para IL-1β e IL-18 secreção tem sido implicado em múltiplos estudos como patologia associada à gripe. A supressão da ativação inflammática posterior na infecção, visando o NLRP3 (um componente chave da sinalização inflammática) a jusante da gripe tem tido efeitos positivos na recuperação em modelos animais. Após a ativação inflammática, a sinalização secundária de citocinas e quimiocinas pode levar ao recrutamento de populações de neutrófilos e monócitos inflamatórios que causam danos aos tecidos. Experiências bloqueando a sinalização CXCR1/2, um caminho receptor chave necessário para o recrutamento de neutrófilos para o local da inflamação mostrou proteção em infecções murinas com influenza, Staphylococcus pneumoniae, ou infecções combinadas. Dada a proeminência das infecções bacterianas secundárias (discutidas em detalhe abaixo) na doença associada à gripe, tais terapias dirigidas pelo hospedeiro podem ter utilidade clínica significativa. Os neutrófilos podem mediar os danos dos tecidos através da secreção de altos níveis de enzimas remodeladoras de tecidos, como as MMPs, mas também amplificar a inflamação através da secreção de armadilhas extracelulares (NETs). Em modelos de camundongos, as redes eram altamente correlacionadas com lesão pulmonar aguda, que poderia ser exacerbada pelo deslocamento de infiltrados celulares em favor dos neutrófilos através da exaustão dos macrófagos . Estruturas NET similares têm sido observadas em humanos que sofrem de doença grave de influenza. Em um estudo da infecção grave pelo vírus H7N9 e H1N1pdm09, os níveis de NET na admissão foram correlacionados com escores clínicos (APACHE II) .

O alvo da inflamação do hospedeiro tem sido de crescente interesse para o desenvolvimento de novas terapêuticas para a gripe grave. Um estudo utilizou o inibidor bem caracterizado mTOR rapamicina/sirolimus para suprimir a inflamação, levando a melhores resultados, correlacionados com a redução da atividade inflammática. O direcionamento da via mTOR como meio de reduzir a inflamação e promover a recuperação implica o metabolismo do hospedeiro na etiologia da doença grave da influenza, dado o papel central que a mTOR desempenha na detecção de nutrientes. As perturbações metabólicas têm sido observadas em análises locais e sistêmicas de casos graves de influenza e as intervenções metabólicas têm demonstrado alterar os perfis de resposta do hospedeiro de formas que poderiam ser protetoras ou prejudiciais, dependendo do contexto da infecção. Por exemplo, em modelos de ratos com sepse bacteriana ou infecção pelo vírus da gripe, a restrição da glicose teve efeitos opostos, protegendo contra a sepse bacteriana, mas exacerbando a doença associada à gripe. O papel do metabolismo na modulação da infecção viral é complexo, pois enquanto o hospedeiro necessita de nutrientes específicos para suportar suas atividades imunológicas, o próprio vírus requer recursos metabólicos significativos das células hospedeiras para manter sua replicação, incluindo glicose e glutamina . A focalização nestas necessidades metabólicas virais pode abrir janelas terapêuticas adicionais. Além disso, o estado metabólico global dentro de um hospedeiro demonstrou ter efeitos profundos no curso da infecção viral e na progressão para os fenótipos da SDRA. Animais obesos e humanos são significativamente mais susceptíveis a influenza grave, com aumento da lesão pulmonar e replicação viral sustentada, indicativo de falhas da imunidade do hospedeiro e potencial aumento da patogênese viral. Os mecanismos relacionados à obesidade à suscetibilidade são provavelmente complexos e multifactoriais, incluindo o aumento da inflamação e a diminuição da cicatrização de feridas em indivíduos obesos. Além disso, a obesidade amortece algumas características da imunidade adaptativa que podem retardar a depuração viral ou aumentar a susceptibilidade à infecção inicial .

Progressão clínica da influenza para pneumonia e SDRA

Aproximadamente 30-40% dos pacientes hospitalizados com influenza confirmada laboratorialmente são diagnosticados com pneumonia aguda. Estes pacientes que desenvolvem pneumonia são mais propensos a serem jovens (< 5 anos de idade), idosos (> 65 anos de idade), caucasianos e residentes em lares; têm doença pulmonar ou cardíaca crônica e história de tabagismo; e são mais comumente imunocomprometidos. De notar que as mulheres grávidas, obesidade extrema, nativos americanos e nativos do Alasca são também mais propensos a desenvolver complicações graves da Influenza. No entanto, ao contrário das epidemias sazonais de infecção pelo vírus da gripe que apresentam esses fatores de risco clássicos, pandemias como o H1N1 2009 foram associadas a uma maior taxa de insuficiência respiratória hospitalizada em adultos previamente saudáveis e jovens. Mais recentemente, uma grande coorte da Austrália e Nova Zelândia relatou que, durante o inverno de 2017, a cepa predominante do vírus H3N2 foi associada a níveis sem precedentes de admissão na UTI devido a pneumonias virais e bacterianas, mesmo superiores à pandemia de H1N1 2009 .

Não há estatísticas confiáveis sobre a incidência ou prevalência real da SDRA relacionada à gripe nas populações pediátrica ou adulta. Entretanto, sabe-se que a grande maioria da SDRA é causada por sepse bacteriana e etiologias não infecciosas, tais como trauma, pancreatite, inalação de fumaça e toxicidade de drogas. Estudos observacionais sugerem que dentro da pequena proporção de SDRA induzida por vírus na população pediátrica, a maioria é causada pelo vírus sincicial respiratório e pelo Influenza A, enquanto o Influenza A é a etiologia viral predominante da SDRA na população adulta. Uma coorte européia da Eurosurveillance mostrou que os fatores de risco independentemente associados à SDRA em pacientes diagnosticados com influenza são idade entre 36 e 55 anos, gravidez e obesidade, enquanto os fatores protetores associados à SDRA foram sexo feminino, vacinação contra influenza e infecções com vírus Influenza A (H3N2) ou Influenza B. Notavelmente, os únicos fatores que permaneceram significativamente associados com a morte foram o aumento do escore de gravidade e a idade superior a 55 anos. Em outra coorte da China, parece que a estirpe viral foi um fator significativo, pois, em comparação ao H1N1, a SDRA causada pelo H7N9 esteve associada a maior gravidade da doença, maiores taxas de complicações mecânicas e pneumonias hospitalares e aumento da mortalidade . Um potencial novo fator de risco para o desenvolvimento da SDRA durante a época da influenza é o desempenho da cirurgia cardíaca .

O desafio de diagnosticar pneumonia e SDRA em pacientes com resultados laboratoriais positivos para influenza está relacionado à temporalidade dos eventos clínicos. A infecção pelo vírus da influenza sozinha pode causar pneumonia grave e SDRA, mas também pode agir em conjunto com uma infecção bacteriana (discutida abaixo). Ela pode preceder um episódio de pneumonia causado por uma infecção bacteriana secundária, mais comumente por S. aureus e S. pneumoniae, ou pode ser seguida por um episódio de pneumonia nosocomial. Os clínicos geralmente não diagnosticam clinicamente a gripe em até dois terços dos pacientes que confirmaram a infecção pelo vírus da gripe. No caso de pneumonia grave ou SARA, a única pista confiável de que a influenza é um possível agente causal é a apresentação durante a estação de pico da epidemia, pois a sintomatologia por si só não consegue distinguir a influenza grave de outras infecções respiratórias virais ou bacterianas. A pneumonia por influenza primária mostra persistência e/ou subsequente piora dos sintomas respiratórios, enquanto a pneumonia bacteriana secundária ocorre 1-3 semanas como uma “recaída” após o fim ou diminuição dos sintomas iniciais da Influenza; contudo, a co-infecção bacteriana também pode ocorrer alguns dias após o início da doença da Influenza. Dito isto, apenas 5% de todas as pneumonias graves admitidas na UTI são de etiologia viral .

Influenza apresentando como sepse

A resposta imunológica à influenza compartilha muitas vias comuns com a resposta às bactérias, portanto não deve ser surpreendente que uma infecção pelo vírus da influenza possa ter uma apresentação clínica muito semelhante à sepse bacteriana . Especificamente, vários estudos demonstraram que tanto os receptores Toll-like 2 e 4, que são os principais receptores para bactérias Gram-positivas e Gram-negativas, também estão relacionados com a patogenicidade da influenza . A resposta inflamatória também varia de acordo com a cepa viral; por exemplo, o vírus H5N1 produz uma resposta mais forte que o H1N1pdm09 e o H7N7 nos macrófagos sanguíneos, mas o H1N1pdm09 produz uma produção de citocinas mais robusta que outras cepas . Além disso, de forma semelhante à sepse bacteriana, foram observados danos endoteliais e alterações da permeabilidade microvascular que levam a edema de tecidos e falência de órgãos com infecções pelo vírus da gripe . Analogamente à predisposição do vírus da influenza para a pneumonia bacteriana secundária, o vírus da influenza aumenta em 6 vezes a progressão para a sepse bacteriana secundária . Adultos com insuficiência de órgãos induzida pela gripe grave e pacientes pediátricos com escores altos de PIM e insuficiência renal aguda têm um risco maior de mortalidade . Uma grande coorte multinacional avaliando as causas de sepse em aproximadamente 1600 pacientes do sudeste asiático constatou que 4% de toda a sepse foi causada por vírus da influenza . No recente inverno de 2017 com a cepa predominante do vírus H3N2, um estudo da Australasian relatou que a admissão na UTI para sepse foi muito maior do que o esperado, o que os autores atribuíram em parte à estação do vírus da influenza .

Passo de co-infecções bacterianas virais e seu efeito nos resultados

A ocorrência de co-infecções respiratórias bacterianas virais tem sido descrita há mais de um século, incluindo o período da pandemia de influenza de 1918; entretanto, até apenas alguns anos atrás, as evidências gerais apontavam para isso como um evento incomum, sem grandes mudanças nos resultados dos pacientes. O recente advento de testes de diagnóstico microbiológico mais rápidos e disponíveis (por exemplo, a reação em cadeia da polimerase em tempo real por retranscrição reversa) revelou um quadro muito diferente. Hoje em dia, as etiologias virais per se são responsáveis por um terço de todos os casos de pneumonias adquiridas na comunidade (PAC). Estas etiologias incluem gripe, parainfluenza, coronavírus, rinovírus, metapneumovírus, adenovírus, vírus sincicial respiratório e outros microrganismos menos frequentes. As infecções virais que se apresentam concomitantemente com a PAC bacteriana são agora conhecidas com uma frequência de 30-50%, tanto na população adulta como na pediátrica. Curiosamente, seria mais intuitivo supor que a PAC seria a manifestação mais grave destas co-infecções, mas mais recentemente tem havido vários estudos que demonstram que estas infecções bacterianas virais também afectam 10-20% dos pacientes com pneumonia hospitalar (PAH). Em um grande estudo de coorte com mais de 2.000 pacientes hospitalizados com influenza H1N1pdm09 grave, foram identificados os seguintes fatores de risco para desenvolver PAF: necessidade de ventilação mecânica, sepse, admissão na UTI no primeiro dia, linfocitopenia, idade avançada e anemia. De notar que evidências crescentes sugerem que 20-30% dos pacientes pediátricos e adultos com suspeita de septicemia bacteriana podem ter uma co-infecção viral (por exemplo, gripe, metapneumovírus, vírus coronavírus e vírus sincicial respiratório) e cerca de dois terços destes casos são comumente perdidos pelos clínicos. Os dados atuais ainda carecem de provas de que a apresentação clínica com co-infecções bacterianas virais leva diretamente a piores resultados, mas um conjunto crescente de evidências sugere que as co-infecções bacterianas de influenza estão associadas a maior morbidade e maior mortalidade. De fato, um estudo recente mostrou que a presença de co-infecção em adultos com síndrome respiratória aguda associada à influenza que requer oxigenação extra-corpórea da membrana foi significativamente associada a um aumento de quatro vezes na mortalidade, e outro estudo em crianças com co-infecção por Staphylococcus aureus com doença crítica relacionada à influenza também mostrou um aumento insignificante na mortalidade .

O mecanismo de aumento da suscetibilidade à co-infecção bacteriana após uma infecção pelo vírus da influenza tem sido um foco de muitos estudos. O ambiente imunológico pulmonar é substancialmente alterado após a infecção pelo vírus da influenza, com esgotamento precoce dos macrófagos alveolares. Como estas células desempenham um papel fundamental na resposta a muitas infecções bacterianas, a sua perda pode desempenhar um papel crítico no aumento da susceptibilidade. Além disso, os mecanismos normais de regulação que são induzidos por qualquer resposta inflamatória são desencadeados por uma infecção viral. Estes incluem a upregulação dos principais reguladores negativos na superfície das células imunitárias pulmonares, incluindo o CD200 nos macrófagos das vias aéreas. Tal actividade supressora é necessária para permitir a reparação dos tecidos e evitar consequências patológicas de respostas imunitárias excessivamente cuidadosas, mas podem permitir uma janela de oportunidade para as bactérias. Da mesma forma, a infecção pelo vírus da influenza induz glicocorticóides sistêmicos que podem amortecer a inflamação para proteger a integridade dos tecidos, mas permitem o aumento do crescimento bacteriano, como foi mostrado em um modelo de camundongo de co-infecção vírus influenza-Listeria . O bloqueio da resposta do glicocorticoide levou à morte da inflamação associada à infecção pelo vírus da influenza, demonstrando o equilíbrio entre tolerância e resistência ao patógeno que pode ser difícil de determinar no hospedeiro co-infectado .

Outras complicações graves menos comuns da Influenza

Miosite aguda acompanhada de rabdomiólise pode raramente ocorrer, mais comumente em crianças que apresentam extrema maciez das extremidades inferiores, e a investigação laboratorial mostra uma acentuada elevação da creatinina fosfoquinase e mioglobinúria séricas. Miocardite e pericardite também têm sido raramente descritas em casos clínicos, mas demonstradas em estudos de autópsia. As complicações do sistema nervoso central associadas à gripe incluem encefalite, encefalomielite disseminada aguda, mielite transversa, meningite asséptica e síndrome de Guillain-Barré (Tabela 2).