Features of ultrastructural changes in the lungs in severe course of COVID-19 infection

Abstract

Вступ. Важливою ланкою патогенезу COVID-19 вважають ендотеліальну дисфункцію з розвитком тромбозу та мікроангіопатію судин легень, що є однією із причин високої летальності. В той же час, електронно-мікроскопічне дослідження легеневого судинного русла при коронавірусній інфекції COVID-19 проводилося рідко. Мета: дослідження ультраструктурних змін мікроциркуляторного русла легень із визначенням особливостей ураження ендотелію та ролі судинних розладів у патогенезі важкого перебігу коронавірусної інфекції COVID-19. Методи. Матеріал відбирали автопсійно, не пізніше 2 годин після встановлення факту смерті пацієнтів, фіксували у фіксаторі Міллоніга з рН 7,36. Дегідратацію здійснювали в етанолі зростаючої міцності, переносили в пропілен-оксиду і просмолювали в суміші аралдіту. Ультратонкі зрізи товщиною 60 nμ виготовляли за допомогою ультрамікротома LKB 2188 Ultrotome NOVA. Зрізи монтували на опорні сітки, контрастували ураніл-ацетатом і цитратом свинцю по Рейнольдсу. Отримані зразки переглядали в трансмісійному електронному мікроскопі ПЭМ 100-01, фотофіксацію здійснювали за допомогою цифрової фотокамери KAPPA Image Base. Результати. Спостерігалися значні структурні зміни пневмоцитів 2 типу із розвитком дегенерацією та реактивною гіперплазію, формуванням синцитіальних елементів, та дисциркуляторним розладами з альтерацією ендотелію, вираженою гіперемією та стазом, коагулопатією та тромбозом. У просвіті альвеол, окрім відкладання дрібнозернистих мас фібринових гіалінових мембран, виявлено фібринозний ексудат, десквамовані пневмоцити 2 типу, макрофаги, лімфоцити, плазматичні клітини, поодинокі нейтрофіли та еритроцити Окремі пневмоцити 2 типу характеризувалися появою “гігантських ламелярних тілець” розміром 2-4 мкм, які займали значну частину цитоплазми. В окремих ділянках легеневої тканини спостерігалася гіперплазія пневмоцитів 2 типу. В інтерстиції міжальвеолярних перетинок виявлено проліферацію фібробластів та фібрил колагенових волокон. Висновки. У результаті проведення трансмісійної електронної мікроскопії легень пацієнтів, які померли внаслідок важкого перебігу коронавірусної інфекції COVID-19, в судинах мікроциркуляторного русла виявили виражені дисциркуляторні зміни, що характеризуються розвитком гіперемії, стазу та мікротромбозу з вираженими дегенеративними, некротичними змінами ендотелію та розвитком ендотеліїту.

Introduction. An essential point in the pathogenesis of COVID-19 is endothelial dysfunction with the development of thrombosis and microangiopathy of pulmonary vessels, which is one of the causes of high mortality. At the same time, electron microscopic examination of the pulmonary vascular bed in COVID-19 coronavirus infection is rarely performed. Objective: To investigate ultrastructural changes in the pulmonary microcirculatory bed by determining the features of endothelial damage and the role of vascular disorders in the pathogenesis of severe COVID-19 coronavirus infection. Methods. The material was collected at autopsy, no later than 2 hours after the fact of death of patients, fixed in Millonig's fixative with pH 7.36. Dehydration was carried out in increasing-strength ethanol, transferred to propylene oxide, and tarred in a mixture of Araldite. Ultrathin sections with a thickness of 60 nμ were made using an LKB 2188 Ultrotome NOVA ultramicrotome. According to Reynolds, sections were mounted on support grids and contrasted with uranyl acetate and lead citrate. The obtained samples were viewed in a transmission electron microscope TEM100-01, and photo fixation was carried out using a KAPPA Image Base digital camera. Results. Significant structural changes in type 2 pneumocytes were observed with the development of degeneration and reactive hyperplasia, the formation of syncytial elements, dyscirculatory disorders with endothelial alteration, pronounced hyperemia and stasis, coagulopathy, and thrombosis. In the lumen of the alveoli, in addition to the deposition of fine-grained masses of fibrin hyaline membranes, fibrinous exudate, desquamated type 2 pneumocytes, macrophages, lymphocytes, plasma cells, single neutrophils, and erythrocytes were detected. Individual type 2 pneumocytes were characterized by the appearance of “giant lamellar bodies” measuring 2-4 μm, which occupied a significant part of the cytoplasm. Hyperplasia of type 2 pneumocytes was observed in some areas of the lung tissue. The proliferation of fibroblasts and collagen fibrils was detected in the interstitium of the interalveolar septa. Conclusions. As a result of transmission electron microscopy of the lungs of patients who died due to severe COVID-19 coronavirus infection, pronounced dyscirculatory changes were found in the vessels of the microcirculatory bed, characterized by the development of hyperemia, stasis, and microthrombosis with pronounced degenerative, necrotic changes in the endothelium and the development of endotheliitis.