Роль ферритина в оценке тяжести COVID-19

Ферритин - один из привлекающих к себе внимание биомаркеров, концентрация которого в крови, особенно при тяжелом течении COVID-19, значительно повышается.   Информация о влиянии гиперферритинемии на исход заболевания   весьма противоречива, как противоречивы и представления о причинах ее возникновения.

Цель: изучить влияние гиперферритинемии на исход заболевания и проанализировать возможные причины ее возникновения при тяжелом течении COVID-19.

Материал и методы: ретроспективно проанализированы сведения о 479 пациентах с тяжелым течением коронавирусной инфекции, лечившихся в отделениях реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ).  Доля лиц с благоприятным исходом (1-я группа) составила среди них 51,0% (n = 241), а с неблагоприятным (2-я группа) - 49,0% (n = 235).

Оцениваемые показатели: уровень ферритина, С-реактивного белка, фибриногена, IL-6, IL-10, IL-18, прокальцитонина, комплемента C5a, общего, прямого и непрямого билирубина, аланинаминотрансферазы, аспарагинаминотрансферазы, лактатдегидрогеназы в крови. Контролировали также динамику числа эритроцитов и уровня гемоглобина в крови. Для составления представления о состоянии обмена железа в ряде случаев у пациентов с высокими значениями ферритина (более 1 500 мкг/л) оценивали уровни свободного железа, трансферрина и миоглобина в крови.

Результаты. При неблагоприятном исходе уровень ферритина повышается весьма значительно, достигая максимума к 6-му дню пребывания пациентов в ОРИТ Различие в уровне ферритина между группами выживших и умерших в этот период отчетливое и значимое (p =0,0013). Связь значений ферритина с исходом обнаруживается уже в 1-е сут, но к 4-м сут она становится весьма значимой (точка отсечения - 1 080 мкг/л). Данные, которые указывали бы на связь гиперферритинемии с нарушением обмена железа, развитием печеночной дисфункции, клеточной деструкции, не получены. В отличие от выживших, у умерших на 6-е сут повышался IL-6 при сохраняющемся уровне C5a.

 

Выводы. Быстрое повышение уровня ферритина в крови до 1 000 мкг/л и выше - плохой прогностический признак, свидетельствующий о большой вероятности летального исхода. В генезе гиперферритинемии при COVID-19 ключевое значение следует отводить цитокиновому шторму, а не нарушениям обмена железа и не гемотоксическому действию вируса. Стойкое повышение уровня ферритина в крови в течение 4 -6 сут пребывания в ОРИТ следует рассматривать как повод для усиления антицитокиновой терапии.

Ключевые слова: COVID-19, ферритин, гиперферритинемия, цитокиновый шторм

Новая коронавирусная инфекция SARS-CoV-2 по-прежнему является предметом пристального внимания. Одно из активно разрабатываемых на­ правлений связано с изучением роли различных биологически активных веществ в оценке тяжести и вероятности неблагоприятного течения заболевания. Подобная информация важна не только для определения показаний к госпитализации пациентов в учреждение или в отделение реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ), но и для выработки лечебной тактики и оценки ее эффективности.

Одним из привлекающих к себе внимание биомаркеров является ферритин, концентрация которого в крови, особенно при тяжелом течении COVID-19, значительно повышается. Хорошо известно, что в организме человека ферритину присущи специфические физиологические функции: с одной стороны, он обеспечивает аккумуляцию (депонирование) железа, а с другой - его рассматривают в качестве острофазового белка наряду с С-реактивным бел­ ком (СРБ). Ферритин вырабатывается в клетках различных органов, поэтому деструкция тканей при воспалении может явиться одной из причин роста уровня сывороточного ферритина.

Если в отношении значимости ферритина как маркера острофазовой реакции и деструкции при воспалении известно довольно много, то сведений о том, отводится ли ему какая-то роль как медиатору при патологии, в том числе при коронавирусной инфекции, в литературе недостаточно.

В 2020 г. в «Вестнике анестезиологии и реаниматологии» опубликована обзорная  статья Ю. П. Орлова и др., в которой рассматривалось негативное влияние перегрузки железом на исходы при COVID-19, исходя из роли этого элемента в репликации и вирулентности РНК-содержащих виру­ сов. В литературе продолжает обсуждаться патогенетическая модель системного действия SARS-CoV-2, которая опирается на гипотезу о гемотоксическом влиянии вируса, ведущем к гемолизу эритроцитов и выходу свободного железа в сосудистое русло. Имеется ряд публикаций, позволяющих считать ферритин гуморальным фактором процессов восстановления, блокатором перекисного окисления липидов, элементом повышения устойчивости организма к инфекционным агентам. Допускается наличие сложных механизмов обратной связи между ферритином и цитокинами в контроле провоспалительных и противовоспалительных медиаторов, поскольку цитокины могут индуцировать экспрессию ферритина, но и со своей стороны ферритин также может индуцировать экспрессию про- и противовоспалительных цитокинов. При этом ферритину отводят иммуносупрессивную роль. Всесторонняя оценка накопленных еще в доковидную эпоху данных о ферритине обобщена в обзоре И. А. Кузнецова и др.

Публикации, отражающие изменения уровня ферритина у больных COVID-19, содержат противоречивую информацию о влиянии гиперферритинемии на исход заболевания. Также нет ответа на вопрос, является ли ферритин при COVID-19 продуктом развивающейся воспали­ тельной реакции или патогенетическим медиатором.

Цель исследования: изучить влияние гиперферритинемии на исход заболевания и проанализировать возможные причины ее возникновения при тяжелом течении COVID-19.

Материалы и методы

Основная часть работы выполнена ретроспективно с использованием электронной базы данных Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова, сформированной по итогам работы Центра по лечению больных с новой коронавирусной инфекцией в периоды с 28 апреля по 3 августа 2020 г. и с 1 ноября 2020 г. по 15 марта 2021 г. Проанализированы сведения о 479 пациентах с тяжелым течением коронавирусной инфекции,  лечившихся в ОРИТ. Доля лиц с благоприятным исходом (1-я группа) составила среди них 51,0% (п = 241), а с неблагоприятным (2-я группа) - 49,0% (п = 235).

Оцениваемые показатели: уровень ферритина и других показателей, отражающих выраженность воспаления (СРБ, фибриноген, IL-6, IL-10, IL-18, прокальцитонин, комплемент C5a) в крови. Для характеристики печеночной дисфункции использовали данные об изменениях уровней общего, прямого и непрямого билирубина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ). По уровню лактатдегидрогеназы (ЛДГ) косвенно судили о степени клеточного повреждения. Контролировали также   динамику   числа   эритроцитов и уровня гемоглобина в крови.

Обсчету и анализу подвергались все данные, зафиксированные в электронной базе данных, начиная с 1-го и до 12-го дня госпитализации, однако для облегчения восприятия таблиц этапы отражения в них данных ограничили 1, 3, 6 и 8-ми сут (для интерлейкинов - 1-ми и 5-7-ми сут пребывания в ОРИТ). Общий период наблюдения был установлен с учетом средней продолжительности нахождения больных в ОРИТ (8,0-9,0 сут), куда подавляющее большинство пациентов поступало сразу после доставки в стационар и только небольшая часть - через 1-2 сут после госпитализации.

Кроме того, для составления представления 0 состоянии обмена железа в ряде случаев у пациентов   с высокими значениями   ферритина (более 1 500 мкг/л) дискретно оценивали уровни свободного железа, трансферрина и миоглобина в крови.

Статистическую обработку полученных результатов проводили при помощи статистического пакета Statistica Version 12.5.192.7 Проверку нормальности распределения данных лабораторных исследований в двух группах выполняли с помощью критериев Шапиро - Уилка и Колмогорова - Смирнова. Согласно проведенной проверке, полученные данные не подчинялись закону нормального распределения, в дальнейшем в описательной статистике значения числовых показателей представлены медианой (Ме) и межквартильным размахом (IQR). Сравнение значений показателей в группах (несвязанные выборки) проводилось с помощью U-критерия Манна - Уитни. При сравнении полученных данных взаимосвязь значений с исходом заболевания определяли методом двухфакторного дисперсионного анализа, критерия Краскера - Уоллиса и статистики Фишера. Различия считали достоверными при p < 0,05, F > 1.

Результаты

Проявления воспалительной реакции у пациентов ОРИТ с благоприятным и неблагоприятным исходами представлены в табл. 1. Из табл. 1 видно, что у всех больных исходно имелись признаки выраженного воспаления, значения ферритина, в частности, также существенно выходили за верхнюю границу нормы. Проведенный ROC-анализ по­ казал, если исходный уровень ферритина превышал 720 мкг/л, с определенной долей вероятности (чув­ ствительность - 62,3%, специфичность - 62,2%) можно было предполагать неблагоприятное течение болезни (рис. 1). Следует, однако, отметить, что та­ кая связь гиперферритинемии с исходом в эти сроки была неотчетливой, по крайней мере площадь под кривой составила всего 0,66, что свидетельствовало о среднем качестве модели.

 

Обратило на себя внимание расхождение динамики острофазовых показателей. В отличие от СРБ и фибриногена, уровни которых постепенно снижались у всех больных, ферритин не демонстрировал аналогичной тенденции: у выживших его концентрация в течение всего периода наблюдения колебалась вокруг исходных значений, оставаясь выше нормы, а вот у умерших его уровень прогрессивно и заметно повышался. К 6-му дню пребывания в ОРИТ различие в уровне ферритина между группа­ ми выживших и умерших приобретало отчетливое и значимое (р = 0,0013) различие, которое, однако, в последующем нивелировалось за счет снижения значений ферритина в группе умерших пациентов (рис. 2, 3).

При этом связь значений ферритина с исходом приобретала все более значимый характер (рис. 4). В частности, на 4-е сут пребывания в ОРИТ точка отсечения, свидетельствовавшая о большой вероятности   неблагоприятного    исхода, составляла 1 080 мкг/л (площадь под кривой - 0,71, чувствительность - 61,1%, специфичность - 61,1%). Однако в последующем такая связь вновь утрачивалась.

В группе умерших скорость нарастания уровня ферритина была больше, чем у лиц с благоприятным исходом. Так, в первом случае уровень его в течение 48 ч (со 2-х по 4-е сут) поднимался в сред­ нем на 700 мкг/л, а во втором - всего на 420 мкг/л. Однако при статистическом анализе с применением разных методов (Манна - Уитни, Вилкоксона, Краскела - Уоллиса) подтвердить значимость этих различий не получилось.

Данные, представленные в табл. 2, свидетельству­ ют о несовпадении динамики ферритина (особенно в группе умерших) с изменениями показателей, отражающих функцию печени и состояние красного ростка крови. То же можно отметить и в отношении изменений уровня ЛДГ: тенденция к ее повышению сохранялась и после снижения уровня ферритина.

Показатели, отражающие метаболизм  железа у больных с уровнем ферритина от 1 500 до 2 500 мкг/л (оценены в проспективном  режиме): уровень сывороточного железа - всегда у нижней границы нормы (13 исследований, пределы колебаний 2 ,1-13,6 ммоль/л при норме 12,5-32,2 ммоль/л), уровень трансферина преимущественно ниже нормы (n = 17; 1,1-1,9 г/л при нор­ ме 2,00-3,36 г/л), уровень миоглобина - в пределах референсных значений (n = 10; 29,9-94,3 нг/мл при норме 17,4-106,0 нг/мл).

При оценке динамики показателей, отражающих выраженность воспаления, обратили на себя внимание сохранение в группе умерших повышенных концентраций IL-10 и IL-18 и нарастание уровня IL-6 (табл. 3). К сожалению, число наблюдений именно по этой позиции оказалось небольшим (всего 7), тем не менее значения этого показателя во всех случаях были существенно выше и исходного уровня, и значений нормы (0-10 пг/мл), а различие с группой сравнения - значимыми. Обратило на себя также внимание отсутствие у этих пациентов тенденции к снижению интенсивности активации комплемента, наблюдаемого у больных с благоприятным исходом.

Обсуждение

Наши данные однозначно подтвердили, что классическое отношение к ферритину как острофазовому белку вполне оправдано. Его уровень, наряду с другими маркерами воспаления, отчетливо был выше референсных значений и даже возрастал при клиническом прогрессировании процесса, особенно у лиц с неблагоприятным исходом. Важно, что используемые терапевтические воздействия явно не вносили коррекцию в его значения, как это было характерно, например, для СРБ, фибриногена. Вероятно потому, что ферритин довольно точно отражает степень воспалительной реакции, и можно объяснить его про­ гностическое значение, которое отметили не только мы, но и другие исследователи.

Конечно, учитывая непредсказуемость клинического течения COVID-19, оценка вероятностного исхода на основе значений ферритина может быть полезной - она добавит врачу тревогу за судьбу больного. Быстрое и значительное повышение уровня ферритина, его высокие значения - повод для коррекции или усиления проводимой терапии. С этих позиций значимость ферритина как маркера тяжести воспалительной реакции несомненна, хотя практика показывает, что даже очень высокие значения ферритина не всегда являются приговором для больного.

Однако больший интерес, с нашей точки зрения, представляет понимание механизмов, ведущих к гиперферритинемии, поскольку это может дать основание для коррекции содержания интенсивной терапии. Если в начале заболевания повышение уровня ферритина легко объясняется цитокиновым штормом, который стимулирует его образование и поступление в кровь, то отчетливое различие в динамике ферритина у лиц с благоприятным и неблагоприятным исходом требует объяснения. В частности, мы попытались разобраться, почему у лиц с неблагоприятным исходом, несмотря на принимаемые меры по купированию цитокинового шторма, уровень ферритина обычно к 5-7-м сут быстро нарастал, а потом снижался, хотя вызванный вирусом воспалительный процесс еще не был купирован.

Мы понимаем, что представленный в данной работе материал имеет ряд ограничений (прежде всего неравномерность выборок, недостаточный для от­ вета на этот вопрос спектр исследований), которые связаны со сложностью решения научных задач при оказании помощи больным с новой коронавирусной инфекцией в условиях авральной перепрофилизации обычного учреждения в инфекционный стационар. Вместе с тем полагаем, что по некоторым позициям его вполне достаточно, чтобы сделать если не выводы, то определенные умозаключения.

 

Нарушение обмена железа. Выше уже упоминалось о возможно важной роли гиперферритинемии в генезе COVID-19 и перегрузки железом как причины ее развития. Хотя железо необходимо для всех живых клеток, свободное несвязанное железо, появляющееся в результате нарушения регуляции и перегрузки железом, является очень реактивным и потенциально токсичным из-за его роли в гене­ рации активных форм кислорода (АФК). АФК реагируют с клеточными липидами, нуклеиновыми кислотами и белками и повреждают их с последую­ щей активацией острых или хронических воспали­ тельных процессов, связанных с множеством клинических состояний. Более того, катализируемое железом повреждение липидов оказывает прямое причинное влияние на неапоптотическую гибель клеток (ферроптоз). В отличие от апоптоза, ферроптоз является иммуногенным и не только приводит к усилению гибели клеток, но также способствует ряду реакций, связанных с воспалением. Считается, что перегрузка может быть как гемовым железом, так и миоглобиновым. Наши данные, однако, не дали оснований считать эти факторы важными. Динамика числа эритроцитов, уровня гемоглобина, непрямого билирубина, а также нормальные значения миоглобина у больных с очень высоким уровнем ферритина даже при отсутствии данных о наличии свободного гемоглобина косвенно позволяли исключить гемотоксическое действие   вируса как причину гиперферритинемии, на которую указывают другие исследователи. Мы также не получили подтверждения информации, изложен­ ной в статье Ю. П. Орлова о повышении у таких больных уровней сывороточного железа и трансферрина. Трансферрин - белок, который нужен для транспорта ионизированного железа к клеткам, где оно соединяется с ферритином. Низкие значения трансферрина - признак отсутствия необходимости его синтеза, который   протекает главным образом в печени. Мы не отметили признаков печеночной недостаточности, чтобы можно было ею объяснить низкие значения трансферрина. Таким образом, у нас не было оснований связывать гиперферритинемию с избытком в крови как гемового, так и миоглобинового железа.

Выход ферритина из клеток при их разрушении. Ферритин вырабатывается клетками разных органов (печени, селезенки, легких, почек, тонкой кишки и др.), но особенно его много в печени. Печеночный ферритин является «сборщиком и хранителем» железа для всего организма человека, т. е. его депо. Соответственно, разрушение клеток этого органа должно сопровождаться подъемом уровня ферритина. Данные табл. 3 свидетельствуют, однако, что а) цитолитический синдром был нехарактерен не только для выживших, но и для умерших и б) пик подъема уровня ферритина в группе пациентов с не­ благоприятным исходом не совпадал с динамикой АЛТ и АСТ, которая не демонстрировала нарастания его уровня. В определенной степени о факте повреждения тканевых структур можно было судить лишь на основании повышения уровня ЛДГ. Наиболее отчетливо это проявлялось в группе умерших, у которых значения этого фермента как на 3-и, так и на 6-е и 8-е сут были значимо выше. Вместе с тем если ферритин после 6-х сут начинал у них снижаться, то уровень ЛДГ продолжал нарастать, вероятно, вследствие продолжающего распада легочной ткани.

Выделяется ли сывороточный ферритин из поврежденных клеток или активно секретируется клетками, является предметом дискуссии. В частности, высказано предположение, что выход ферритина в кровь при критических состояниях может быть проявлением защитного механизма, направленного на предупреждение повреждения клетки при смене валентности железа (с Fe3+ на Fe2+), которое может происходить при кислородной недостаточности и ацидозе. Нам сложно принять и это предположение хотя бы потому, что признаки лактатацидоза появляются у таких больных далеко не сразу, а нарастание дыхательной недостаточности фиксируется до самого момента смерти, т. е. при уже сниженном уровне ферритина.

 

Гиперфферитинемия, не связанная с наруше­нием обмена железа. В литературе можно встретить предложение считать COVID-19 частью спектра так называемого гиперферритинемического синдрома. В него объединены клинические состояния (синдром активации макрофагов, катастрофический антифосфолипидный синдром, вторичный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз, септический шок, болезнь Стилла), характеризующиеся высоким уровнем ферритина в сыворотке и цитокиновым штормом как проявлением синдрома активации макрофагов. Хотя эти состояния характеризуются различным патогенезом и клинической картиной, повышенные уровни ферритина при них могут быть универсальным фак­ тором, поддерживающим воспалительный процесс. Дискуссия о том, цитокины индуцируют синтез ферритина или, наоборот, ферритин поддерживает выброс цитокинов, выходит за рамки данной работы.

Но нам представляется важным с практической точки зрения обратить внимание на тот факт, что в группе умерших пик ферритина на 6-е сут сопровождался повышением значений именно провоспалительного IL-6, причем при сохраняющемся уровне C5a, который является продуктом расщепления комплемента С и представляет собой сильный воспалительный пептид. Данное обстоятельство свидетельствует о сохранении активности   воспалительного   процесса и продолжающейся экспрессии цитокинов. Причем мы не могли связать высокий уровень IL-6 с присоединением вторичной инфекции (уровень прокальцитонина < 0,5 нг/мл) или накоплением его в крови вследствие блока интерлейкиновых рецепторов (тоцилизумаб), поскольку он был использован только в трех случаях. Еще 3 больным вводили моноклональные антитела к интерлейкину-ip (канакинумаб), что по идее должно было привести к уменьшению синтеза IL-6 и снижению его концентрации в крови. В одном случае моноклональные антитела не применяли. Мы считаем данный факт очень важным для выстраивания тактики интенсивной терапии. Если рассматривать высокие значения ферритина как проявление макрофагальной активации, то усугубление ферритинемии даже при отсутствии возможности контролировать уровни интерлейкинов в крови должно служить основанием для возобновления/усиления антицитокиновой терапии.

Заключение

Репликация вируса SARS-CoV-2 у больных СOVID-19 может привести к безудержной воспалительной реакции. Сывороточный ферритин, как один из ее биомаркеров, имеет важный клинический потенциал, позволяющий судить о тяжести течения заболевания и вероятности неблагоприятного исхода. Патофизиологическое обоснование развития гиперферритинемии при SARS-CoV-2 полностью не представлено, однако, скорее всего, она связана с наблюдаемым цитокиновым штормом, а не с нарушением обмена железа или гемотоксическим действием вируса.

Выводы

1. Быстрое повышение уровня ферритина в крови до 1 000 мкг/л и выше - плохой прогностический признак, свидетельствующий о высоком риске летального исхода.
2. В генезе гиперферритинемии при СOVID-19 ключевое значение следует отводить цитокиновому шторму, а не нарушениям обмена железа и не гемо­ токсическому действию вируса.
3. Стойкое повышение уровня ферритина в крови в течение 4 -6 сут пребывания в ОРИТ следует рассматривать как повод для усиления антицитокиновой терапии.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии у них конфликта интересов.

(Источник: Полушин Ю. С., Шлык И. В., Гаврилова Е. Г., Паршин Е. В., Гинзбург А. М. Роль ферритина в оценке тяжести COVID-19 / / Вестник анестезиологии и реаниматологии. - 2021. - Т. 18, № 4. - С. 20-28. DOI: 10.21292/2078-5658-2021-18-4-20-28)