Пандемия COVID-19 привлекла внимание к проблемам иммунопатологии человека [1-3]. «Гипервоспаление» и «гиперкоагуляция», представляющие собой независимые, но тесно связанные между собой патологические процессы, составляют основу патогенеза широкого спектра иммуновоспалительных заболеваний [4; 5]. Кульминацией тромбовоспаления является развитие гипериммунной патологии, получившей название «синдром цитокинового шторма» [6-8]. Этот синдром может быть стадией прогрессирования COVID-19, проявляясь развитием острого респираторного дистресc-синдрома и полиорганной дисфункции [9-11].
Патогенетическую основу синдрома цитокинового шторма составляет дисрегуляция синтеза широкого спектра цитокинов (как «провоспалительных» и иммунорегуляторных, так и «противовоспалительных») и хемокинов, отражающая патологическую активацию врожденного и приобретенного иммунитета [12; 13]. К ним относятся интерлейкин (IL)-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-12, IL-17, IL-18, фактор некроза опухоли α, интерферон-γ (провоспалительные) и IL-4, IL-10 IL-13 (противовоспалительные), гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, интерферон-γ-индуцируемый белок 10, интерферон-α и интерферон-β, моноцитарный хемоаттрактантный белок 1, макрофагальный воспалительный белок 1α, хемокины. При COVID-19 выраженное увеличение концентрации этих цитокинов (в различной степени и в разных сочетаниях) особенно характерно для тяжелой и критической формы [14; 15].
Таким образом, динамический мониторинг концентрации IL в разные периоды COVID-19 у детей остается актуальным.
Цель исследования: определить прогностическую значимость интерлейкинов-6, -10, -17 и -18 в зависимости от тяжести COVID-19 у детей.
Материалы и методы исследования
Уровень воспалительных цитокинов (IL-6, -10, -17, -18) изучен у 112 детей в возрасте от 1 года до 18 лет. Из них в группу 1 вошли 35 пациентов с легкой формой COVID-19, в группу 2 – 25 детей со среднетяжелой формой, в группу 3 – 21 пациент с тяжелой формой. Контролем служил 31 здоровый ребенок аналогичного возраста. Степень тяжести COVID-19 была установлена в соответствии с временными методическими рекомендациями МЗ РФ. Определение уровня IL проводилось дважды: в первые 7 дней и с 8-го по 14-й день от начала заболевания.
Пациенты с COVID-19 находились на стационарном лечении в ГБУЗ СК «Краевая специализированная клиническая инфекционная больница» с мая 2020 по май 2023 г. Критерии включения: пациенты с подтвержденным диагнозом COVID-19 в возрасте от 1 года до 18 лет, госпитализированные в стационары.
Концентрации IL-6, -10 и -18 определяли методом ИФА с использованием наборов: «Интерлейкин-6-ИФА-БЕСТ», «Интерлейкин-10-ИФА-БЕСТ», «Интерлейкин-18-ИФА-БЕСТ» (АО «Вектор-бест»). Определение концентрации IL-17 в сыворотке крови методом ИФА проводилось с использованием набор CEA 482HU (Cloud-Clon Corp. Китай). Нормы: IL-18104-640 пг/мл, IL-10 0-31 пг/мл, IL-17 0-5 пг/мл, IL-6 0-10 пг/мл.
Статистические расчеты выполняли на персональном компьютере с использованием Microsoft Excel 2010 (Microsoft Office, USA) и программ Attestat 10.5.1, Statistica SPSS, Primer of Biostat 4,0. С помощью критериев Шапиро-Уилка и Колмогорова-Смирнова количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению. Для количественных величин рассчитывали медиану (Me) и нижние и верхние квартили (Q1-Q3). Сравнение трех и более групп по количественному показателю выполнялось с помощью критерия Краскела-Уоллиса. Корреляционные взаимосвязи между двумя показателями оценивались с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Для оценки диагностической значимости признаков при прогнозировании определенного исхода применялся метод анализа ROC-кривых. Разделяющее значение количественного признака в точке cut-off определялось по наивысшему значению индекса Юдена. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Уровень IL-18 в сыворотке крови детей в исследуемых группах представлен в таблице1.
Таблица 1
Уровень IL-18 (Ме [Q1-Q3]) в сыворотке крови детей в исследуемых группах
|
Сроки исследования |
Группа 1 (n=35) |
Группа 2 (n=25) |
Группа 3 (n=21) |
Группа контроля (n=31) |
критерий Краскела- Уоллиса |
|
1-7-й день, пг/мл |
128,8 [115,8-204,5] |
328,8 [257,4-440,3] |
373,4 [324,0-453,8] |
127,0 [95,0-170,5] |
р2-к<0,001 р3-к<0,001 р1-2<0,001 р1-3<0,001 |
|
8-14-й день болезни, пг/мл |
178,9 [139,8-199,3]
|
409,2 [265,8-516,2]
|
888,4 [674,8-953,8] |
р1-к=0,042 р2-к<0,001 р3-к<0,001 р1-2<0,001 р1-3<0,001 р2-3=0,021 |
Примечание: p – статистическая значимость различий между группами.
В первые 7 дней от начала заболевания в группе 2 (328,8 пг/мл) и группе 3 (373,4 пг/мл) наблюдалось повышение уровня IL-18 по сравнению с контрольной группой (127,0 пг/мл) и группой 1 (128,8 пг/мл), p<0,05. Уровень IL-18 в этот период заболевания не превышал референсных значений во всех изучаемых группах.
С 8-го по 14-й день от начала заболевания также наблюдалось повышение уровня IL-18 в группе 1 (178,9 пг/мл), в группе 2 (409,2 пг/мл) и в группе 3 (888,4 пг/мл) по сравнению с группой контроля, p<0,05. Причем выше референсных значений уровень IL-18 был только в группе 3.
При определении уровня IL-10 было установлено, что во всех изучаемых группах уровень IL-10 не превышал референсных значений ни в одном из периодов заболевания. Вместе с тем, по данным некоторых зарубежных и отечественных исследований, IL-10 является независимым прогностическим маркером тяжести COVID-19 [14; 15].
Уровень IL-6 в сыворотке крови детей в исследуемых группах представлен в таблице2.
Таблица 2
Уровень IL-6 (Ме [Q1-Q3]) в сыворотке крови детей в исследуемых группах
|
Сроки исследования |
Группа 1 (n=35) |
Группа 2 (n=25) |
Группа 3 (n=21) |
Группа контроля (n=31) |
критерий Краскела- Уоллиса |
|
1-7-й день, пг/мл |
3,0 [2,6-3,6] |
4,6 [3,3-5,5] |
16,7 [13,5-22,0] |
2,6 [1,9-3,4] |
рк-2<0,001 рк-3<0,001 р1-2=0,009 р1-3<0,001 р2-3<0,001 |
|
8-14-й день болезни, пг/мл |
4,1 [3,2-4,8]
|
6,2 [4,9-7,8]
|
23,4 [21,6-29,9] |
р1-к=0,015 р2-к<0,001 р3-к<0,001 р1-2=0,001 р1-3<0,001 р2-3<0,001 |
Примечание: p – статистическая значимость различий между группами.
В первые 7 дней от начала заболевания IL-6 в группе 2 (4,6 пг/мл) не превышал референсных значений. В группе 3 в этот период отмечалось повышение уровня IL-6 (16,7 пг/мл, p<0,05) по сравнению со всеми изучаемыми группами.
С 8-го по 14-й день от начала заболевания регистрировалось повышение уровня IL-6 в группе 1 (4,1 пг/мл), в группе 2 (6,2 пг/мл) и в группе 3 (23,4 пг/мл) по сравнению с группой контроля, p <0,05, причем выше референсных значений его уровень был только в группе с тяжелой формой заболевания.
При определении уровня IL-17 было установлено, что в группе 3 (20,9 пг/мл) в первые 7 дней от начала заболевания наблюдалось повышение уровня IL-17 по сравнению с контрольной группой (3,0 пг/мл), группой 1 (3,5 пг/мл) и группой 2 (4,2 мг/мл), p<0,05 (табл.3).
Таблица 3
Уровень IL-17 (Ме [Q1-Q3]) в сыворотке крови детей в исследуемых группах
|
Сроки исследования |
Группа 1 (n=35) |
Группа 2 (n=25) |
Группа 3 (n=21) |
Группа контроля (n=31) |
критерий Краскела- Уоллиса |
|
1-7-й день, пг/мл |
3,5 [2,7-4,4] |
4,2 [3,3-4,9] |
20,9 [18,4-24,9] |
3,0 [2,7-4,0] |
рк-3<0,001 р1-3<0,001 р2-3<0,001 |
|
8-14-й день болезни, пг/мл |
4,1 [3,2-4,8]
|
4,9 [3,6-6,1]
|
27,3 [24,3-33,6] |
р2-к<0,001 р3-к<0,001 р1-3<0,001 р2-3<0,001 |
Примечание: p – статистическая значимость различий между группами.
Данная тенденция сохранялась и на 8-14-е сутки от начала заболевания. Максимальное повышение уровня IL-17 наблюдалось в группе с тяжелой формой заболевания (27,3 пг/мл, p<0,05) по сравнению со всеми изучаемыми группами.
При оценке корреляционных взаимосвязей между уровнями провоспалительных (IL-18, IL-6, IL-17) и противовоспалительных цитокинов (IL-10) была установлена прямая связь (табл. 4).
Таблица 4
Результаты корреляционного анализа взаимосвязи IL-10 < 7 дня и IL-18 < 7 дня
|
Показатель |
Характеристика корреляционной связи |
||
|
ρ |
Теснота связи по шкале Чеддока |
p |
|
|
IL-10 – IL-18 на 1-7 день |
0,662 |
Заметная |
< 0,001* |
|
IL-10 – IL-6 на 1-7 день |
0,576 |
Заметная |
< 0,001* |
|
IL-10 – IL-17 на 1-7 день |
0,643 |
Заметная |
< 0,001* |
|
IL-10 – IL-17 на 8-14 день |
0,608 |
Заметная |
< 0,001* |
|
IL-10 – IL-6 на 8-14 день |
0,651 |
Заметная |
< 0,001* |
|
IL-10 – IL-18 на 8-14 день |
0,727 |
Высокая |
< 0,001* |
Примечание. * – различия показателей статистически значимы (p < 0,05).
При увеличении уровня IL-10 на 1-7 и 8-14 день следует ожидать увеличения уровня IL-6 на 0,7 пг/мл (рис. 1), IL-17 на 0,8 пг/мл (рис. 2), уровня IL-18 (рис. 3) на 13,2 пг/мл на 1-7 день и на 22,7 пг/мл на 8-14 день от начала заболевания.
Рис. 1. График регрессионной функции, характеризующий зависимость IL-6 от IL-10 на 1-7 день
Рис. 2. График регрессионной функции, характеризующий зависимость IL-17 от IL-10 на 1-7 день
Рис. 3. График регрессионной функции, характеризующий зависимость IL-18 от IL-10 на 1-7 день
Для оценки диагностической значимости уровней IL для прогнозирования тяжелой формы COVID-19 применялся метод анализа ROC-кривых. Разделяющее значение количественного признака в точке cut-off определялось по наивысшему значению индекса Юдена. Прогностическим критерием тяжелой формы COVID-19 в первые 7 дней от начала заболевания явились уровни IL-18 ≥ 378,2 пг/мл, IL-6 ≥ 11,6 пг/мл, IL-17 ≥ 11,8 пг/мл. Риск развития осложнений был связан с увеличением на 8-14-й день уровней IL-18 ≥ 689,5 пг/мл, IL-6 ≥ 14,1 пг/мл, IL-17 ≥ 16,4 пг/мл.
Заключение
Тяжелое течение COVID-19 сопровождается агрессивной воспалительной реакцией с выбросом большого количества провоспалительных цитокинов, которые могут рассматриваться в качестве потенциальных маркеров прогноза течения и исходов болезни.
Тяжелая форма прогнозируется при увеличении в первую неделю болезни концентрации IL-18 ≥ 378,2 пг/мл, IL-6 ≥ 11,6 пг/мл, IL-17 ≥ 11,8 пг/мл. Повышение на 8-14-й день заболевания уровней IL-18 ≥ 689,5 пг/мл, IL-6 ≥ 14,1 пг/мл, IL-17 ≥ 16,4 пг/мл характеризует риск неблагоприятного исхода. Уровень IL-6, IL-17, IL-18 коррелирует с увеличением степени повреждения легких, с развитием тяжелой формы COVID-19, особенно с прогрессированием ОРДС, а также ассоциируется с риском летальных исходов. Другие закономерности получены в отношении IL-10, уровень которого не превышал референсных значений при всех формах COVID-19.
В представленном исследовании у детей при легкой форме заболевания уровень интерлейкинов оставался в пределах референсных значений в первые 14 дней от начала заболевания.
Несомненное участие гиперпродукции IL в иммунопатогенезе синдрома цитокинового шторма при COVID-19 подтверждается эффективностью терапии ингибиторами IL. Но остаются нерешенными проблемы, касающиеся показаний для назначения терапии этими препаратами. Учитывая значительные побочные эффекты и нежелательные лекарственные реакции, связанные с использованием иммунобиологических препаратов, существует острая необходимость в идентификации биомаркеров, которые могут предсказать неблагоприятный исход заболевания. Таким образом, изучение состояния цитокиновой системы позволит не только прогнозировать тяжелое течение заболевания, но и определять тактику лечения COVID-19.