[증례보고] 급성호흡곤란증후군과 관련된 코로나19의 병리학적 소견_2020.02.18

[N이수정(운영팀장)]

Lancet _ respiratory medicine

Case Report 증례보고

Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome

급성호흡곤란증후군과 관련된 코로나19의 병리학적 소견

Zhe Xu, MD † Lei Shi, MD † Yijin Wang, PhD † Jiyuan Zhang, PhD Lei Huang, MD Chao Zhang, PhD et al.

Published:February 18, 2020 DOI:https://doi.org/10.1016/S2213-2600(20)30076-X

https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS2213-2600(20)30076-X/fulltext 

Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome

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Since late December, 2019, an outbreak of a novel coronavirus disease (COVID-19; previously known as 2019-nCoV)1, 2 was reported in Wuhan, China,2 which has subsequently affected 26 countries worldwide. In general, COVID-19 is an acute resolved disease but it can also be deadly, with a 2% case fatality rate. Severe disease onset might result in death due to massive alveolar damage and progressive respiratory failure.2, 3 As of Feb 15, about 66 580 cases have been confirmed and over 1524 deaths. However, no pathology has been reported due to barely accessible autopsy or biopsy.2, 3 Here, we investigated the pathological characteristics of a patient who died from severe infection with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) by postmortem biopsies. This study is in accordance with regulations issued by the National Health Commission of China and the Helsinki Declaration. Our findings will facilitate understanding of the pathogenesis of COVID-19 and improve clinical strategies against the disease.

2019년 12월 말부터 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 이전에 2019-nCoV로 알려짐) 발생1, 2중국 우한에서 보고된2이후 전 세계 26개국에 영향을 미쳤습니다. 일반적으로 COVID-19는 급성으로 해결되는 질병이지만 치사율이 2%로 치명적일 수도 있습니다. 심각한 질병 발병은 막대한 폐포 손상과 진행성 호흡부전으로 인해 사망에 이를 수 있습니다.2,3 2월 15일 현재 약 66,580명의 사례가 확인되었고 1,524명 이상이 사망했습니다. 그러나 접근이 거의 불가능한 부검이나 생검으로 인해 병리학은보고되지 않았습니다.2, 3여기서는 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)에 의한 중증 감염으로 사망한 환자의 부검을 통해 병리학적 특성을 조사하였습니다. 이 연구는 중국 국가위생건강위원회의 규정과 헬싱키 선언에 따른 것입니다. 우리의 연구 결과는 COVID-19의 병인에 대한 이해를 촉진하고 질병에 대한 임상 전략을 개선할 것입니다.

A 50-year-old man was admitted to a fever clinic on Jan 21, 2020, with symptoms of fever, chills, cough, fatigue and shortness of breath. He reported a travel history to Wuhan Jan 8–12, and that he had initial symptoms of mild chills and dry cough on Jan 14 (day 1 of illness) but did not see a doctor and kept working until Jan 21 (figure 1). Chest x-ray showed multiple patchy shadows in both lungs (appendix p 2), and a throat swab sample was taken. On Jan 22 (day 9 of illness), the Beijing Centers for Disease Control (CDC) confirmed by reverse real-time PCR assay that the patient had COVID-19.

2020년 1월 21일 50세 남자가 발열, 오한, 기침, 피로, 호흡곤란 등의 증상을 주소로 발열클리닉에 입원하였습니다. 그는 1월 8~12일 우한 여행 이력을 보고했으며 1월 14일(병 발병 1일차) 가벼운 오한과 마른 기침의 초기 증상이 있었지만 의사를 만나지 않고 1월 21일까지 계속 일했다고 말했습니다( 그림 1 ). 흉부 엑스레이는 양쪽 폐에 여러 개의 반점이 있는 그림자를 보여주었고( 부록 p 2 ) 인후 면봉 샘플을 채취했습니다. 1월 22일(질병 발병 9일째) 베이징 질병통제예방센터(CDC)는 실시간 PCR(중합효소연쇄반응) 분석을 통해 환자가 COVID-19에 감염되었음을 확인했습니다.

그림1 Timeline of disease course according to days from initial presentation of illness and days from hospital admission, from Jan 8–27, 2020 2020년 1월 8일부터 27일까지 최초 발병일수와 입원일수에 따른 질병 경과 일정

*** 입원 후 6일 만에 사망 ***

He was immediately admitted to the isolation ward and received supplemental oxygen through a face mask. He was given interferon alfa-2b (5 million units twice daily, atomisation inhalation) and lopinavir plus ritonavir (500 mg twice daily, orally) as antiviral therapy, and moxifloxacin (0·4 g once daily, intravenously) to prevent secondary infection. Given the serious shortness of breath and hypoxaemia, methylprednisolone (80 mg twice daily, intravenously) was administered to attenuate lung inflammation. Laboratory tests results are listed in the appendix (p 4). After receiving medication, his body temperature reduced from 39·0 to 36·4 °C. However, his cough, dyspnoea, and fatigue did not improve. On day 12 of illness, after initial presentation, chest x-ray showed progressive infiltrate and diffuse gridding shadow in both lungs. He refused ventilator support in the intensive care unit repeatedly because he suffered from claustrophobia; therefore, he received high-flow nasal cannula (HFNC) oxygen therapy (60% concentration, flow rate 40 L/min). On day 13 of illness, the patient's symptoms had still not improved, but oxygen saturation remained above 95%. In the afternoon of day 14 of illness, his hypoxaemia and shortness of breath worsened. Despite receiving HFNC oxygen therapy (100% concentration, flow rate 40 L/min), oxygen saturation values decreased to 60%, and the patient had sudden cardiac arrest. He was immediately given invasive ventilation, chest compression, and adrenaline injection. Unfortunately, the rescue was not successful, and he died at 18:31 (Beijing time).

그는 즉시 격리 병동에 입원했고 안면 마스크를 통해 추가 산소를 받았습니다. 그는 항바이러스 요법으로 인터페론 알파-2b(500만 단위, 1일 2회, 분무 흡입)와 로피나비르와 리토나비르(500mg 1일 2회, 경구)를 투여받았고, 2차 감염을 예방하기 위해 목시플록사신(0.4g 1일 1회, 정맥 주사)을 투여했습니다. 심각한 호흡곤란과 저산소혈증을 감안할 때, 메틸프레드니솔론(80mg 1일 2회, 정맥내)을 투여하여 폐 염증을 약화시켰습니다. 실험실 검사 결과는 부록(p 4) 에 나와 있습니다. 약물 투여 후 그의 체온은 39·0에서 36·4°C로 떨어졌습니다. 그러나 기침, 호흡곤란, 피로는 나아지지 않았다. 질병의 12일째, 초기 제시 후, 흉부 x-선은 양쪽 폐에 진행성 침윤 및 확산된 격자 그림자(그리딩 섀도우)를 보였습니다. 그는 폐쇄공포증을 앓고 있었기 때문에 중환자실에서 인공호흡기 적용을 반복적으로 거부했습니다. 따라서 그는 고유량 비강 캐뉼러(HFNC) 산소 요법(60% 농도, 유속 40L/min)을 받았습니다. 발병 13일째, 환자의 증상은 여전히 ​​개선되지 않았지만 산소 포화도는 95% 이상을 유지했습니다. 14일째 오후에 그의 저산소혈증과 숨가쁨이 악화되었습니다. HFNC(High flow nasal cannula 고유량 비강캐뉼라) 산소 요법(100% 농도, 유속 40L/min)을 받았음에도 불구하고 산소 포화도 값이 60%로 감소했으며, 그리고 환자는 갑자기 심장이 멈췄습니다. 그는 즉시 침습적 환기(기도삽관하여 인공호흡기 치료), 흉부 압박(심폐소생술 시 시행하는 흉부압박) 및 아드레날린 주사를 받았습니다. 불행히도 구조는 성공하지 못했고 18:31(베이징 시간)에 사망했습니다.

Biopsy samples were taken from lung, liver, and heart tissue of the patient. Histological examination showed bilateral diffuse alveolar damage with cellular fibromyxoid exudates (figure 2A, B). The right lung showed evident desquamation of pneumocytes and hyaline membrane formation, indicating acute respiratory distress syndrome (ARDS; figure 2A). The left lung tissue displayed pulmonary oedema with hyaline membrane formation, suggestive of early-phase ARDS (figure 2B). Interstitial mononuclear inflammatory infiltrates, dominated by lymphocytes, were seen in both lungs. Multinucleated syncytial cells with atypical enlarged pneumocytes characterised by large nuclei, amphophilic granular cytoplasm, and prominent nucleoli were identified in the intra-alveolar spaces, showing viral cytopathic-like changes. No obvious intranuclear or intracytoplasmic viral inclusions were identified.

생검 샘플은 환자의 폐, 간 및 심장 조직에서 채취했습니다. 조직학적 검사는 세포 섬유 점액성 삼출물과 함께 양측 미만성 폐포 손상을 보여주었습니다( 그림 2A, B ). 오른쪽 폐는 급성 호흡곤란 증후군(ARDS; 그림 2A ) 을 나타내는 폐세포의 명백한 박리와 유리질 막 형성을 보여주었습니다 . 왼쪽 폐 조직은 초기 ARDS를 암시하는 유리막 형성과 함께 폐부종을 나타냈습니다( 그림 2B). 림프구가 우세한 간질성 단핵 염증성 침윤물이 양쪽 폐에서 관찰되었습니다. 큰 핵, 양친매성 과립 세포질 및 현저한 핵소체를 특징으로 하는 비정형 확대된 폐포를 갖는 다핵 융합 세포가 폐포 내 공간에서 확인되어 바이러스성 세포 변성 유사 변화를 보였다. 명백한 핵내 또는 세포질내 바이러스 내포물은 확인되지 않습니다.

그림 2 Pathological manifestations of right (A) and left (B) lung tissue, liver tissue (C), and heart tissue (D) in a patient with severe pneumonia caused by SARS-CoV-2 SARS-CoV-2에 의한 중증 폐렴 환자에서 우측(A) 및 좌측(B) 폐 조직, 간 조직(C), 심장 조직(D)의 병리학적 징후

The pathological features of COVID-19 greatly resemble those seen in SARS and Middle Eastern respiratory syndrome (MERS) coronavirus infection.4, 5 In addition, the liver biopsy specimens of the patient with COVID-19 showed moderate microvesicular steatosis and mild lobular and portal activity (figure 2C), indicating the injury could have been caused by either SARS-CoV-2 infection or drug-induced liver injury. There were a few interstitial mononuclear inflammatory infiltrates, but no other substantial damage in the heart tissue (figure 2D).

COVID-19의 병리학적 특징은 SARS 및 MERS(중동호흡기증후군) 코로나바이러스 감염에서 볼 수 있는 것과 매우 유사합니다.4, 5 또한, COVID-19 환자의 간 생검 표본은 중등도의 미세소포성 지방증과 경미한 소엽 및 문맥 활성 을 보여 손상이 SARS-CoV-2 감염 또는 약물 유발 간 손상에 의해 유발되었을 수 있음을 나타냅니다 ( 그림 2C ). . 간질 단핵 염증성 침윤물이 몇 개 있었지만 심장 조직에는 다른 실질적인 손상이 없었습니다( 그림 2D ).

Peripheral blood was prepared for flow cytometric analysis. We found that the counts of peripheral CD4 and CD8 T cells were substantially reduced, while their status was hyperactivated, as evidenced by the high proportions of HLA-DR (CD4 3·47%) and CD38 (CD8 39·4%) double-positive fractions (appendix p 3). Moreover, there was an increased concentration of highly proinflammatory CCR6+ Th17 in CD4 T cells (appendix p 3). Additionally, CD8 T cells were found to harbour high concentrations of cytotoxic granules, in which 31·6% cells were perforin positive, 64·2% cells were granulysin positive, and 30·5% cells were granulysin and perforin double-positive (appendix p 3). Our results imply that overactivation of T cells, manifested by increase of Th17 and high cytotoxicity of CD8 T cells, accounts for, in part, the severe immune injury in this patient.

유세포 분석을 위해 말초 혈액을 준비했습니다. 우리는 HLA-DR(CD4 3·47%)과 CD38(CD8 39·4%)의 높은 비율에 의해 입증된 바와 같이 말초 CD4 및 CD8 T 세포의 수가 상당히 감소한 반면 이들의 상태는 과활성화되었음을 발견했습니다. 양수 분수( 부록 p 3 ). 더욱이, CD4 T 세포에서 높은 전염증성 CCR6+ Th17의 농도가 증가했습니다( 부록 p 3 ). 또한, CD8 T 세포는 고농도의 세포독성 과립을 보유하는 것으로 밝혀졌으며, 31·6% 세포가 퍼포린 양성, 64·2% 세포가 그래뉼리신 양성, 30·5% 세포가 그래뉼리신 및 퍼포린 이중 양성이었습니다( 부록 3쪽). 우리의 결과는 Th17의 증가와 CD8 T 세포의 높은 세포독성에 의해 나타나는 T 세포의 과활성화가 부분적으로 이 환자의 심각한 면역 손상을 설명한다는 것을 의미합니다.

X-ray images showed rapid progression of pneumonia and some differences between the left and right lung. In addition, the liver tissue showed moderate microvesicular steatosis and mild lobular activity, but there was no conclusive evidence to support SARS-CoV-2 infection or drug-induced liver injury as the cause. There were no obvious histological changes seen in heart tissue, suggesting that SARS-CoV-2 infection might not directly impair the heart.

엑스레이 영상에서는 폐렴의 급속한 진행과 왼쪽과 오른쪽 폐 사이에 약간의 차이가 있음을 보여주었습니다. 또한 간 조직은 중등도의 미세소포성 지방증과 경미한 소엽 활성을 보였으나 SARS-CoV-2 감염이나 약물 유발 간 손상을 원인으로 지지하는 결정적인 증거는 없었습니다. 심장 조직에는 뚜렷한 조직학적 변화가 없었으며, 이는 SARS-CoV-2 감염이 심장을 직접적으로 손상시키지 않을 수 있음을 시사합니다.

Although corticosteroid treatment is not routinely recommended to be used for SARS-CoV-2 pneumonia,1 according to our pathological findings of pulmonary oedema and hyaline membrane formation, timely and appropriate use of corticosteroids together with ventilator support should be considered for the severe patients to prevent ARDS development.

SARS-CoV-2 폐렴에 코르티코스테로이드 치료를 일상적으로 사용하도록 권장하지는 않지만,1폐부종 및 유리막 형성의 병리학적 소견에 따르면, ARDS 발병을 예방하기 위해 중증 환자에 대해 인공호흡기 지지대와 함께 코르티코스테로이드의 시기 적절하고 적절한 사용을 고려해야 합니다.

Lymphopenia is a common feature in the patients with COVID-19 and might be a critical factor associated with disease severity and mortality.3

림프구감소증은 COVID-19 환자의 일반적인 특징이며 질병의 중증도 및 사망률과 관련된 중요한 요소일 수 있습니다.3

Our clinical and pathological findings in this severe case of COVID-19 can not only help to identify a cause of death, but also provide new insights into the pathogenesis of SARS-CoV-2-related pneumonia, which might help physicians to formulate a timely therapeutic strategy for similar severe patients and reduce mortality.

이 심각한 COVID-19 사례에 대한 우리의 임상 및 병리학적 발견은 사망 원인을 식별하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 SARS-CoV-2 관련 폐렴과 유사한 중증 환자에 대한 치료 전략 및 사망률 감소 및 병인에 대한 새로운 통찰력을 제공하여 의사가 적시에 공식화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Supplementary appendix 부록

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그림 S1. 발병 후 8일, 10일 및 12일에 흉부 방사선 사진. (A) 양쪽 폐의 밝기가 감소하고 여러 개의 패치 그림자가 관찰되었습니다. 하트 섀도는 대략 정상 범위에 나타납니다. 횡격막 표면은 가볍고 매끄러웠고, 늑골 횡격막 각은 날카로웠다(병일 8). (B) 양쪽 폐(질병 10일)에서 확산된 그라운드 유리 혼탁이 발견되었습니다. (C) 흉부 방사선 사진은 진행성 침윤을 보여주었고, 양쪽 폐에 확산 격자 그림자가 나타났습니다. 좌측 폐의 상부 및 하부 엽에서 작은 부위의 폐기종이 관찰되었다(질병 12일째).

그림 S2 순환하는 T 세포의 표현형 분석. (A) CD4 및 CD8 T 세포 모두 과활성화되었습니다. T 세포에 대한 HLA-DR 및 CD38의 발현은 유세포 분석에 의해 검출되었다. (B) CD4 T 세포 중 Th17(CD4+ CCR6+) 하위 집합의 빈도는 유세포 분석에 의해 검출되었습니다. (C) CD8 T 세포에서 세포독성 과립의 발현. GNLY 및 퍼포린의 세포내 발현은 유세포분석을 사용하여 검출하였다.

환자의 혈액검사(실험실 검사) 결과