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诊所

印刷版伊森1807 - 5932

《诊所》第65卷第12期2010年圣保罗

https://doi.org/10.1590/S1807-59322010001200003

临床科学

猪源性流感A/H1N1合并急性呼吸衰竭患者手术肺活检的病理和超微结构分析

Vera Luiza Capelozzi;埃德温·罗杰Parra; 马诺尔肟二,;里卡多Helbert Bammann三,;卡门·西尔维娅·瓦伦特·芭芭丝四,;马里德·伊姆德·塞克斯·杜阿尔特V

病理学- faculty de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP,巴西。电子邮件:erparra2003@yahoo.com.br.电话:55 11 3826-1422
二,胸外科病房-巴西巴西利亚联邦区医院
三,胸外科-感染研究所Emílio Ribas - São Paulo, SP,巴西
四,重症监护室-以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院-,São保罗,SP,巴西
V解剖学- São保罗大学医学院附属医院,São保罗,SP,巴西


摘要

背景:当合并感染或肺部损伤超过免疫反应时,H1N1和其他肺部感染病例演变为急性呼吸衰竭和死亡,因此需要早期诊断以改善治疗。
摘要目的:对5例确诊为H1N1的ARDS患者的开胸肺活检标本进行详细的组织病理学分析。
方法:肺标本进行微生物分析,光学和电子显微镜检查。免疫表型用于巨噬细胞、自然杀伤细胞、T细胞和B细胞以及细胞因子和iNOS的表达。
结果:病理表现为坏死性毛细支气管炎、弥漫性肺泡损伤、肺泡出血和免疫反应异常。超微结构分析显示所有病例均为病毒样颗粒。
结论:通过超微结构检查可以成功地在肺组织中显示病毒样颗粒,而无需通过鼻咽分泌物的RT-PCR确认病毒。细支气管和上皮而不是内皮细胞可能是感染的主要靶点,弥漫性肺泡损伤是气道阻塞器作用的结果先天性免疫功能失调,提示治疗应侧重于上皮修复。

关键词:开放肺活检;急性肺损伤;弥漫性肺泡损伤;病毒;电子显微镜;先天免疫。


介绍

最近,一种新型的猪源甲型(H1N1)流感病毒具有北美和欧亚猪、禽和人流感病毒的分子特征1-4据世界卫生组织(世卫组织)称,2009年4月25日至10月11日期间,全世界发生了399232例H1N1流感病毒确诊病例和4735例死亡病例。5截至2009年11月10日,巴西报告有1 528人死亡。6

猪源性甲型H1N1流感病毒感染可导致严重急性呼吸衰竭(ARF),15-30%以前健康的中青年人需要入住重症监护病房(ICU)。3、4、7、8当合并感染或肺损伤压倒免疫反应时,可能发生死亡,导致肺功能逐渐恶化(顺应性和氧合能力低下)早期诊断和全面了解H1N1病毒的病理特征对于改善这种致命疾病的治疗和预后非常重要。开放性肺活检(OLB)肺组织分析这些严重病例有助于理解这一严重甚至致命发展的发病机制。到目前为止,还没有关于用于指导H1N1肺炎患者治疗的OLB发现的报告,尽管许多作者认为OLB在ARF患者中是安全的,并且在诊断上是有用的,因此可以进行适当的治疗电子治疗。9-12

与猪源性流感病毒(S-OIV)感染相关的ARF在人类中的发病机制尚不清楚。流感病毒由于炎症细胞浸润和免疫反应而引发肺部炎症。支气管上皮细胞是该病毒的主要靶点和主要宿主。13,14通常情况下,流感病毒通过涉及巨噬细胞、干扰素(IFN)的先天免疫机制被识别和破坏αβ和其他细胞因子,自然杀伤细胞和补体。当流感病毒逃离这些早期防御机制时,它们被适应性免疫机制捕获并消灭,其中T细胞和B细胞及其抗原特异性效应器(细胞毒性T淋巴细胞,细胞因子,如IFN)γ和抗体)以病毒为目标。此外,抗原特异性记忆细胞(T细胞和B细胞)参与了后续病毒感染的预防。14

因此,OLB获得的病理结果,结合超微结构和免疫学分析,可能会对这些危重患者治疗策略的改变产生影响,并提供对S-OIV感染的病理生理学的更多理解五例OLB患者S-OIV肺部感染和肺免疫反应的病理学和超微结构研究。

方法

患者和标本采集

我们从病理和超微结构上研究了5例怀疑有大流行S-OIV病毒并出现急性肾功能衰竭需要呼吸支持的患者。收集所有患者的鼻拭子用于H1N1的RT-PCR。经患者家属同意后,临床医生指示进行olb检查。这些患者的病毒发生了严重的进化,为了提供适当的治疗,需要更多关于这种疾病的生理病理信息。若ARF患者术后呼吸状况未见改善>5天(定义为肺损伤评分未下降),表示OLB。15

肺组织切片(4μ(米厚)用10%福尔马林固定,常规处理,石蜡包埋块制备,苏木精-伊红染色。采用以下组织化学染色方法:Grocott's methenamine银染色,Brown Brenn和Ziehl-Neelsen。分析以下病理变化:a)坏死性细支气管炎,b)肺泡胶原失效,c)空气空间扩张,d)透明膜,e)纤维增生,f)鳞状化生,g)多核细胞,h)肺泡出血,i)急性炎症渗出,j)非典型肺细胞。根据五点半定量严重性评分系统,使用两个切片对病理变化进行分级:0=正常肺实质,1=1-25%的变化,2=26-50%的变化,3=51-75%的变化,4=76%-100%的检查组织的变化。这种半定量分析目前常用于圣保罗大学医学院病理区的大多数研究中。16,17

免疫组化采用亲和素-生物素-过氧化物酶复合物和链状亲和素-生物素酶复合物免疫组化方法,分别抗淋巴细胞CD4(克隆:MO834,稀释1:1000)、CD8(克隆:M7103,稀释120)、CD20(克隆:M755,稀释140)、巨噬细胞CD68(克隆:M814,稀释130),小鼠单克隆抗体来自DAKO, Carpinteria, CA, USA;S100(克隆:Z311,稀释11000)兔多克隆抗体来自DAKO;CD1a(克隆:MCA1657,稀释1:200)小鼠单克隆抗体,Oxford,英国;自然杀伤,NK(克隆:MS136P,稀释11000)小鼠单克隆抗体,Neomarkers, Fremont, CA, USA;白介素4 (IL-4)(稀释140),IL-10(稀释140)山羊多克隆抗体,R&D Systems,明尼阿波利斯,MN,美国;干扰素γ(克隆:MAB285,稀释130),来自R&D Systems的小鼠单克隆抗体;肿瘤坏死因子(TNFα)(克隆:AF210NA,稀释度140)来自研发系统的所有小鼠单克隆抗体;来自美国加利福尼亚州拉霍拉Calbiochem的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)(稀释度1500)多克隆兔。

免疫组化反应按照生产商的说明进行。二氨基联苯胺作为显色底物,Meyer氏苏木精进行复染。immunophenotypes细胞和免疫细胞的表达使用不同的免疫组织化学染色的方法识别和分级根据五点半定量的灰度评分系统:0 = - 1 =积极在1 - 25%,2 =积极在26 - 50%,3 =积极51 - 75%,4 =积极检查组织的76 - 100%。18

小块(1毫米)3.)在2%戊二醛/2%多聚甲醛卡可酯缓冲液中固定过夜,然后在1%四氧化锇中固定,脱水后包埋于araldite中。从选定区域获得的超薄切片在80 kV的Philips tecnai10电子显微镜下进行双染色和检查。对于每张电子显微镜图像(15张/例),分析以下结构变化:a)胞浆肿胀,b)退行性改变,c)坏死的肺泡上皮细胞I型(AECI)和II型(AECII)脱落,d)上皮基底膜剥落,e)透明膜,f)肺泡间隔塌陷,g)病毒颗粒,如管状网状结构(TRS)和柱面池(CCC),h)多核AECII。超微结构检查结果根据五分半定量的严重程度评分系统分为:0 =正常肺实质,1 = 1-25%改变,2 = 26-50%改变,3 = 51-75%改变,4 = 76-100%改变。16,17

后果

病人

5例患者(2男3女)平均年龄48岁(35-81岁);只有第4号病人有既往病史(表1)所有患者均有4-10天(平均5天)的呼吸短促和流感样症状病史,临床病情迅速恶化。他们被转移到ICU进行气管插管和通气(范围8-25天;平均17天),并被诊断为ARF。15所有患者每天两次接受75mg奥司他韦鼻肠管(范围4-14天;中位数10天)和静脉注射类固醇(范围9-20天;中位数12天)在获得这些结果后,根据巴西指南,通过鼻肠管将剂量从每天两次75毫克改为每天两次150毫克。所有五名患者均证实存在H1N1病毒(表1)根据疾病控制和预防中心的指南,通过鼻拭子或肺组织检测RT-PCR阳性。19其他微生物学调查,包括对其他病毒的分离,均为阴性。在ICU患者的疾病演变过程中,金黄色葡萄球菌从患者2和3的血液培养中分离得到克雷伯氏菌患者1、2和4活下来,但患者3和5死于呼吸衰竭,并发充血性心力衰竭、肝性脑病和急性肾功能衰竭。

坏死性毛细支气管炎、胶原性弥漫性肺泡损伤和肺泡出血

图1描述外科肺活检标本的病理结果。主要病理特征为坏死性毛细支气管炎、破乳性弥漫性肺泡损伤(DAD)和肺泡出血(表2).患者3和5的肺标本在光学显微镜下表现出更强烈的变化。膜性和呼吸性细支气管广泛受到上皮坏死、鳞状上皮化生和纤维增生的损害(图1A-F).广泛的肺泡塌陷、腔隙扩张、肺泡出血和稀疏的透明膜形成(图1胃肠道).间质增厚,轻度至中度纤维增生(图1我),但炎性细胞(主要是组织细胞,包括多核型、淋巴细胞和巨核细胞)的浸润异常稀少(图1 j - k).

5例患者均可见非典型细支气管和肺泡上皮细胞(AECs),但分布局限(图1 j).这些非典型细胞包括细胞核分布不规则的多核巨细胞(图1 k, L)或细支气管和AECs,大的不典型核,明显的嗜酸性核仁,颗粒状的两性胞浆(图1米).然而,不明显的病毒包涵体。

支气管和肺泡上皮坏死和病毒样颗粒

超微结构表现为支气管和肺泡上皮坏死,肺泡上皮/基底膜被破坏,存在病毒样颗粒(表3).患者3和5在亚显微镜下表现出更明显的变化。支气管和AECs出现胞浆肿胀、坏死、内质网和其他细胞器变性改变(图2A-C).大量细支气管细胞和AECs从基底膜脱落,显示细胞凋亡(图2一个B)淋巴细胞也出现凋亡。凋亡的细支气管细胞和AEC脱落,导致上皮基底膜剥脱,随后出现透明膜沉积(图2 d).

肺泡间隔的贴壁也显示了肺泡塌陷的超微结构证据(图2比)再生的细支气管上皮沿着相邻的肺泡隔延伸,表现为细胞表面微绒毛突出,板层体减少或缺失,细胞异型性明显(图2H-L).肌成纤维细胞和胶原纤维也增加(图2我).多核上皮细胞具有明显的核仁,虽然这种细胞很少(图2 k).在所有病例中均发现了含有TRS和CCC的增生细支气管和AECs,可能代表残留的病毒样颗粒(图2先生).TRS表现为位于内质网池内的分支膜小管的网状聚集物(图2 m-o)或紧凑(图2Q,R).CCC被鉴定为细长、轻微弯曲的圆柱形结构(图2P,Q)、环形(图2 r)或融合的膜质片层,代表内质网的池。

先天性和适应性免疫应答缺陷

图3描述了外科肺活检标本中的免疫学发现。免疫学特征主要是先天性和适应性免疫反应的降低(表4).患者3和5表现为免疫损伤。

所有患者血管和细支气管周围均存在巨噬细胞、CD4+ t辅助细胞、CD8+ t细胞毒细胞、CD20+ b细胞、CD1a+树突状细胞、S100+树突状细胞、自然杀伤淋巴细胞等小聚集物。树突状细胞和TNFa在巨噬细胞、AECs和内皮细胞中稀疏表达,而IFNy在S-OIV患者肺小单核细胞中表达。小单核细胞中IL-4、IL-10和iNOS表达强烈。

讨论

本病例系列首次记录了5例ICU患者的ARF和S-OIV感染并发OLB的肺组织的病理和超微结构表现。

S-OIV(H1N1)病毒和肺综合征是一种急性呼吸道疾病,首次在墨西哥发现,目前已登记399232例,4735例死亡,影响179多个国家。2,5我们的患者,大多数以前是健康的,有一种非典型流感样疾病,在5-7天内进展。

死亡的两名患者在OLB中表现出更高的疾病病理学承诺。我们的大多数患者都是年轻至中年,并且以前是健康的。严重S-OIV疾病的风险增加见于幼儿、10-19岁年龄组、65岁以上的患者、孕妇、肥胖者和患有comorb的患者IDITES。1、7、2015%至30%的H1N1感染患者需要入住ICU。需要机械通气的患者死亡率约为58%。7

在我们的病例系列中,OLB的结果显示,肺损伤最可能是由于流感病毒感染。主要病理表现为坏死性毛细支气管炎和DAD,呼吸道上皮细胞可能是感染的主要靶细胞。呼吸道和AECs的广泛破坏以及免疫和适应性免疫反应的功能障碍导致DAD。如前所述,可能的损伤机制包括直接损伤呼吸道和肺泡上皮,暴露基底膜,并通过失去表面活性剂导致肺泡塌陷,13、14、21伴随着次级细胞因子风暴。22随后,大分子从循环中渗出,最终形成透明膜。细胞因子的激活是旨在根除病毒的免疫反应的一部分。在本研究中,全身性IFNγ肿瘤坏死因子α细胞因子活化可能导致细支气管相关淋巴组织的反应性噬血细胞综合征,也可能介导上皮坏死。23在病毒性肺炎中最常见的是轻度炎性浸润;这可以通过细胞因子介导的淋巴细胞生成阻断和骨髓释放阻断来解释。24

在我们的病例中,IFN在肺中的表达γ巨噬细胞和AECs的肿瘤坏死因子含量较低。这一发现可能得到了Kim和同事的支持,25谁描述了S-OIV感染中TNF最大指数α在感染猪的头几天,肺部表达量逐渐下降。相反,我们发现巨噬细胞中IL-4、IL-10和iNOS表达非常强烈。在我们的样本中发现了稀疏的炎症和免疫反应,包括NK细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞、CD8+细胞毒性T淋巴细胞以及CD1a和S100细胞靶向病毒,可能是由于淋巴组织坏死和凋亡以及淋巴细胞增殖衰竭对细胞因子过度驱动的反应。此外,与抗炎作用相关的高IL-10表达可能解释了我们病例中观察到的低炎症程度。综上所述,我们的研究结果表明,在S-OIV感染中,先天性和适应性免疫反应的改变可能导致感染主要靶点的病毒不完全根除,从而导致炎症和修复之间的失衡,导致细支气管闭塞和DAD。

DAD可能是细支气管梗阻和随之而来的缺氧的结果,而不是病毒的直接侵袭。它是一种严重的肺损伤,可继发于各种肺和肺外损伤。26在这一系列病例中,我们发现肺泡塌陷是突出的DAD,这与ARF或继发于其他肺和肺外损伤的典型DAD不同。这一发现可能对患者的通气策略有重要的意义。27此外,肺泡内出血可能提示病毒相关噬血细胞综合征。23

在我们目前的系列研究中,肺超微结构分析对于了解这种新疾病的病理生理学非常重要。首先,我们证明了细支气管上皮细胞的凋亡和坏死以及病毒样颗粒,从而表明细支气管上皮是病毒感染的主要靶点。Second、 我们记录了S-OIV感染中碎屑源性DAD的亚显微模式。第三,我们在以TRS和CCC为代表的肺泡和细支气管上皮细胞中发现了病毒感染的间接证据。这些亚显微结构在所有患者的肺组织中都得到了超微结构的证明,它们的存在表明奥司他韦通过奥司他韦治疗使病毒失活或改变这些患者的先天免疫反应。它们主要出现在呼吸细胞和AEC中,以前曾在多种细胞类型中描述过。28,29通常,它们发生在自身免疫性疾病和病毒感染患者的内皮细胞和淋巴细胞中。30.获得性免疫缺陷综合征患者在这些细胞中存在TRS和CCC。31TRS和CCC在体内产生的机制尚不明确。然而,临床和实验研究表明,这些疾病中这两种结构的存在与IFN的增加直接相关α和干扰素β但不是IFNγ29

一种解释TRS和CCC的性质和发病机制的理论认为,这些结构是不完整的病毒颗粒。30.在我们的研究中,这些病毒样颗粒主要出现在呼吸上皮细胞中,但在肺内其他类型的细胞中没有发现。这些观察结果强化了S-IOV感染的主要靶细胞可能是细支气管上皮的假设。细支气管和肺泡上皮细胞的非典型形态lls可能与病毒细胞病变效应或反应性改变有关。事实上,多核上皮细胞的存在并非S-IOV所独有,并见于副粘病毒科引起的肺炎,包括副流感病毒、麻疹、腮腺炎、呼吸道合胞病毒,可能还有偏肺病毒。31虽然在我们的病例中可以看到多核细胞,但这可能反映了非特异性的继发性变化。

我们描述了一个病例系列,包括5例流感样疾病合并肺炎和随后的ARF患者,他们接受了OLB,随后通过RT-PCR检测确诊为S-IOV感染。这份报告有一些局限性。首先,本研究可能无法验证OLB在该人群中的重要性;然而,它确实提供了有关这种新疾病的信息。其次,很难将我们的研究结果与其他人的研究结果进行比较,因为据我们所知,还没有关于S-IOV患者OLB的研究发表。虽然已经有许多H1N1患者的尸检系列可用于比较,但尸检的病理结果主要因相关合并感染和机械通气的存在而改变。32-39

总之,我们在一系列确诊且定义明确的与ARF相关的S-IOV感染病例中介绍了肺部病理学。除了坏死性毛细支气管炎和DAD外,病理学特征还包括多核细胞和肺泡内纤维蛋白渗出物(组织性肺炎样病变)尽管这些特征中的每一个都是非特异性的,但它们的联合出现,加上阳性血清学、微生物学和免疫学调查和/或超微结构组织检查,使S-IOV感染的诊断得以确认,并且对于不符合WHO标准的临床可疑病例尤其有用ria或临床上不明显的病例。

我们已经证明,通过超微结构检查,可以成功地在肺组织中显示病毒样颗粒,突出了OLB的重要性,特别是在那些未确认病毒的患者中。我们还表明,细支气管和上皮细胞,而不是内皮细胞,可能是感染的主要目标,DAD是气道闭塞和先天免疫功能障碍的结果,这表明治疗应侧重于上皮修复。

确认

这项研究得到了以下巴西机构的支持:巴西国家科学和技术发展理事会(CNPq);支持圣保罗州研究基金会;São大学保罗医学院附属医院的医学研究实验室。

我们感谢Julia Maria L.L. Silvestre、Hélio Correa、Maria Cecília dos Santos Marcondes、Adao Caetano Sobrinho e Carla Pagliari的出色技术援助。我们也感谢Patrícia Rieken Macedo Rocco博士、Antonio Carlos Campos Pignatari和Andrea Sette的帮助。

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于2010年7月7日收到并发表
第一次审查于2010年8月2日完成
2010年9月7日接受出版

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