Injury of vascular endothelium and erythrocytes in COVID-19 patients

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim. Caused by SARS-CoV2 virus coronavirus disease (COVID-19) is characterized not only by the lung deterioration but be serious injury of vascular endothelium and system of hemostasis. We investigated changes in blood cellular elements in patients at admission and discharge from the hospital. Materials and methods. Samples of venous blood of 31 patients of the hospital with a confirmed diagnosis of COVID-19 (28 with average and 3 with severe degree) were analyzed using electron microscopy and citofloumetry. The blood was taken from cubital vein at admission and on discharge the patients. Results. Electron microscopy showed that at admission to the hospital the number of circulating endothelial cells in all patients was significantly (40-100 times) greater compared to healthy persons. Numerous fenestrae are revealed in EC membrane. Their diameter comparable to the size of supercapsid in SARS-CoV-2 virus which attests the penetration of the virus into EC where it replicated and returned to circulation. As a result, the blood vessels denuded, their permeability increased resulting in tissue edema, inflammation, activation of the platelets, and pronouncedly augmented thrombosis. Infection with COVID-19 provoked formation of stacked (aggregated) red blood cells capable to clog microvascular bed and to diminish oxygen supply to the tissues. In some patients, such abnormalities persisted even on discharge from the hospital Conclusion. Analysis of the blood on discharge from the hospital showed that despite normalization of basic hematological parameters characteristic of inflammation, the virus-induced negative effects were not entirely eliminated. These sequelae can provoke the post-COVID syndrome in patients who endured COVID-19.

About the authors

Liudmila I. Buryachkovskaya

National Medical Research Center of Cardiology

Email: livbur@mail.ru
д-р биол. наук, вед. науч. сотр. Moscow, Russia

Arthur M. Melkumyants

National Medical Research Center of Cardiology

д-р биол. наук, проф., вед. науч. сотр. Moscow, Russia

Nikita V. Lomakin

Central Clinical Hospital with a Polyclinic

Email: lomakinnikita@gmail.com
д-р мед наук, гл. внештат. специалист-кардиолог Moscow, Russia

Olga A. Antonova

National Medical Research Center of Cardiology

науч. сотр. Moscow, Russia

Vladimir V. Ermiskin

National Medical Research Center of Cardiology

канд. биол. наук, вед. науч.сотр. Moscow, Russia

References

  1. Zhu N, Zhang D, Wang W, et al. A novel coronavirus from patients with pneumonia in China. 2019. N Engl J Med. 2020;382(8):727-33. doi: 10.1056/NEJMoa2001017
  2. Ackermann M, Verleden SE, Kuehnel M, et al. Pulmonary vascular endothelialitis, thrombosis, and angiogenesis in COVID-19. N EnglJ Med. 2020;383(2):120-8. doi: 10.1056/NEJMoa2015432
  3. Thompson BT, Chambers RC, Liu KD. Acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2017;377(6):562-72. doi: 10.1056/NEJMra1608077
  4. Zaim S, Chong JH, Sankaranarayanan V, Harky A. COVID-19 and multi-organ response. Curr Probl Cardiol. 2020;45(8):100618. doi: 10.1016/j.cpcardiol.2020.100618
  5. Kochi AN, Tagliari AP, Forleo GB, et al. Cardiac and arrhythmic complications in patients with COVID-19. J Cardiovasc Electrophysiol. 2020;31(5):1003-8. doi: 10.1111/jce.14479
  6. Маев И.В., Шпектор А.В., Васильева Е.Ю., и др. Новая коронавирусная инфекция COVID-19: экстра пульмональные проявления. Терапевтический архив. 2020;92(8):4-11 [Maev IV, Shpektor AV, Vasilyeva EYu, et al. Novel coronavirus infection COVID-19: extrapulmonary manifestations. Terapevticheskii Arkhiv (Ter. Arkh.). 2020;92(8):4-11 (in Russian)]. doi: 10.26442/00403660.2020.08.000767
  7. Zhai Z, Li C, Chen Y, et al. Prevention and treatment of venous thromboembolism associated with coronavirus disease 2019 infection: a consensus statement before guidelines. Thromb Haemost. 2020;120(6):937-48. doi: 10.1055/s-0040-1710019
  8. Batlle D, Soler MJ, Sparks MA, et al. Acute kidney injury in COVID-19: emerging evidence of a distinct pathophysiology. JASN. 2020;31(7):1380-3. doi: 10.1681/ASN.2020040419
  9. Zhang C, Shi L, Wang FS. Liver injury in COVID-19: management and challenges. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2020;5(5):428-30. doi: 10.1016/S2468-1253(20)30057-1
  10. Sepehrinezhad A, Shahbazi A, Negah SS. COVID-19 virus may have neuroinvasive potential and cause neurological complications: a perspective review. J Neurovirol. 2020;26:324-9. doi: 10.1007/s13365-020-00851-2
  11. Varga Z, Flammer AJ, Steiger P, et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. Lancet. 2020;395(10234):1417-8. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30937-5
  12. O'Sullivan J.M., Mc Gonagle D., Ward S.E., et al. Endothelial cells orchestrate COVID-19 coagulopathy. Lancet Haematology. 2020;7(8):e553-5. doi: 10.1016/S2352-3026(20)30215-5
  13. Воробьев П.А., Момот А.П., Зайцев А.А., и др. Синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови при инфекции COVID-19. Терапия. 2020;6(5):25-34
  14. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, et al. SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitor. Cell. 2020;181(2):271-80.e8. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.052
  15. Патологическая анатомия COVID-19. Атлас. Под ред. О.В. Заратьянца. М.: ГБУ «НИИОЗММ ДЗМ», 2020
  16. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708-20. doi: 10.1056/NEJMoa2002032
  17. Haddad G, Bellali S, Fontanini A, et al. Rapid scanning electron microscopy detection and sequencing of severe acute respiratory syndrome Coronavirus 2 and other respiratory viruses. Front Microbiol. 2020;11:596180. doi: 10.3389/fmicb.2020.596180
  18. Hladovec J, Rossmann P Circulating endothelial cells isolated together with platelets and the experimental modification of their counts in rats. Ihromb Res. 1973;3(6):665-74. doi: 10.1016/0049-3848(73)90014-5
  19. Lanuti P, Simeone P, Rotta G, et al. A standardized flow cytometry network study for the assessment of circulating endothelial cell physiological ranges. Sci Rep. 2018;8(1):5823. doi: 10.1038/s41598-018-24234-0
  20. Furchgott RF, Zawadzki JV. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature. 1980;288(5789):373-6.
  21. Teijaro JR, Walsh KB, Cahalan S. Endothelial cells are central orchestrators of cytkine amplification during influenza virus infection. Cell. 2011;146(6):980-91. doi: 10.1016/j.cell.2011.08.015
  22. Wang H, Ma S. The cytokine storm and factors determining the sequence and severity of organ dysfunction in multiple organ dysfunction syndrome. Amer J Emerg Med. 2008;26(6):711-5. doi: 10.1016/j.ajem.2007.10.031
  23. Hamming I, Timens W, Bulthuis MLC, et al. Tissue distribution of ACE2 protein, the functional receptor for SARS coronavirus. A first step in understanding SARS pathogenesis. J Pathol. 2004;203(2):631-7. doi: 10.1002/path.1570
  24. Fraga-Silva RA, Sorg BS, Wankhede M. ACE2 activation promotes antithrombotic activity. Mol Med. 2010;16(5):210-5. doi: 10.2119/molmed.2009.00160
  25. Dignat-George F, Sampol J. Circulating endothelial cells in vascular disorders: new insights into an old concept. Eur J Haematol. 2000;65(4):215-20. doi: 10.1034/j.1600-0609.2000.065004215.x
  26. Fadini GP, Avogaro A. Cell-based methods for ex vivo evaluation of human endothelial biology. Cardiovasc Res. 2010;87(1):2-21. doi: 10.1093/cvr/cvq119
  27. Moussa MD, Santonocito C, Fagnoul D. Evaluation of endothelial damage in sepsis-related ARDS using circulating endothelial cells. Intensive Care Med. 2015;41(2):231-8. doi: 10.1007/s00134-014-3589-9
  28. Mancuso P, Gidaro A, Gregato G, et al. Circulating endothelial progenitors are increased in COVID-19 patients and correlate with SARS-CoV-2 RNA in severe cases. J Thromb Haemost. 2020;18(10):2744-50. doi: 10.1111/jth.15044
  29. Guervilly C, Burtey S, Sabatier F. Circulating endothelial cells as a marker of endothelial injury in severe COVID-19. J Infect Dis. 2020;222(11):1789-93. doi: 10.1093/infdis/jiaa528

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».