Klinik, Pathophysiologie und wehrmedizinische Bedeutung des pulmonalen postCOVID-Syndroms¹

Clinical Presentation, Pathophysiology, and Military Medical Relevance of Pulmonary Post-COVID Syndrome

Daniel Gagiannis^a, Konrad Steinestel^b

¹ Die in dieser Publikation verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche und männliche Personen. Auf eine Doppelnennung und gegenderte Bezeichnungen wird zugunsten einer besseren Lesbarkeit überwiegend verzichtet.

^a Bundeswehrkrankenhaus Ulm, Klinik für Innere Medizin, Pneumologie,

^b Bundeswehrkrankenhaus Ulm, Institut für Pathologie und Molekularpathologie

Zusammenfassung

Bei einem Teil von Patientinnen und Patienten kommt es nach einer COVID-19-Erkrankung infolge einer Infektion mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) zu anhaltenden Beschwerden, die sich auch in Form von Lungenfunktionseinschränkungen äußern können. Hierzu gehören beispielsweise anhaltender Husten, thorakales Druck-/Engegefühl und Atemnot, insbesondere unter Belastung. Diese Beschwerden werden unter dem Sammelbegriff postCOVID zusammengefasst und können auch nach milden Erkrankungsverläufen auftreten. Nach Zahlen des Kommando Sanitätsdienst der Bundeswehr (KdoSanDstBw) sowie der postCOVID-Ambulanz am Bundeswehrkrankenhaus (BwKrhs) Ulm waren innerhalb der Bundeswehr – je nach Pandemiephase – bis zu 4% der an COVID-19 erkrankten Soldatinnen und Soldaten von postCOVID betroffen. Diese Häufigkeit deckt sich mit anderen Veröffentlichungen in zivilen Vergleichskohorten desselben Altersspektrums.

Da der Pathomechanismus von pulmonalem postCOVID nach wie vor unzureichend verstanden ist und bislang kaum gewebebasierte Untersuchungen zu dieser Erkrankung vorlagen, war es Ziel des hier vorgestellten interdisziplinären Forschungsvorhabens am BwKrhs Ulm, die klinischen, radiologischen und histopathologischen Merkmale von pulmonalem postCOVID zu erheben, zu analysieren und miteinander zu korrelieren. Hierbei zeigte sich, dass es bei postCOVID zu einer chronischen Entzündung und Verengung (Bronchiolitis und Obstruktion) der kleinen Atemwege kommt. Diese Verengung führt zu einer peripheren Überblähung der Lunge, in deren Folge Belastungsdyspnoe auftritt. Persistierendes Virus oder Virusbestandteile konnten im Lungengewebe nicht nachgewiesen werden, weshalb wir die postCOVID-Bronchiolitis in erster Linie als unspezifisches postinfektiöses Phänomen bewerten. Während Hinweise darauf bestehen, dass diese Entzündung der kleinen Atemwege selbstlimitierend ist, konnten im Lungengewebe und in der broncho-alveolären Spülflüssigkeit Anzeichen für eine überschießende Vernarbung des Lungengewebes nachgewiesen werden. Das hier vorgestellte Forschungsprojekt ist die erste gewebebasierte und objektivierbare Charakterisierung des pulmonalen postCOVID-Syndroms, was durch die Publikation der Ergebnisse in 2023 im hochrangigen „American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine“ und dem begleitenden Editorial in derselben Zeitschrift belegt wurde [18][38].

Während unsere Ergebnisse auf eine begrenzte Schwere und Dauer der entzündlich bedingten Belastungsdyspnoe hindeuten, sollte aufgrund der Hinweise auf narbigen Umbau des Lungengewebes eine engmaschige Kontrolle der Lungenfunktion bei Betroffenen, insbesondere bei Weiterverpflichtungen und Statuswechseln, erwogen werden. Folgearbeiten unserer Arbeitsgruppe werden sich mit der Zusammensetzung des entzündlichen Atemwegsinfiltrats, einer möglichen Assoziation mit dem seltenen, aber schwerwiegenden myalgischen Enzephalomyelitis/Chronischen Fatigue-Syndrom (ME/CFS) und einer möglichen Bedeutung der mRNA-Impfstoffe im Hinblick auf die Entstehung und/oder den Schweregrad von postCOVID befassen.

Schlüsselwörter: SARS-CoV-2, postCOVID, Bronchiolitis, Pneumologie, Wehrmedizin

Summary

In some patients, COVID-19 caused by infection with the novel coronavirus (SARS-CoV-2) leads to persistent symptoms, which can manifest as pulmonary function impairments. These include persistent coughing, a feeling of chest pressure or tightness, and shortness of breath, particularly during exertion. These symptoms are collectively referred to as post-COVID syndrome and can occur even after mild disease courses. According to data from the Bundeswehr Medical Service Command (KdoSanDstBw) and the post-COVID outpatient clinic at the Bundeswehr Hospital (BwKrhs) in Ulm, up to 4 % of soldiers who contracted COVID-19 were affected by post-COVID, depending on the pandemic phase. This prevalence aligns with other studies in civilian cohorts of the same age range.

Given the insufficient understanding of the pathomechanisms underlying pulmonary post-COVID and the lack of tissue-based investigations into this condition, an interdisciplinary research project at BwKrhs Ulm aimed to characterize, analyze, and correlate the clinical, radiological, and histopathological features of pulmonary post-COVID. The study revealed that post-COVID involves chronic inflammation and narrowing (bronchiolitis and obstruction) of the small airways, resulting in peripheral lung hyperinflation and subsequent exertional dyspnea. Persistent virus or viral components were not detected in lung tissue, leading us to classify post-COVID bronchiolitis primarily as a nonspecific post-infectious phenomenon. While there is evidence suggesting this small airway inflammation is self-limiting, signs of excessive scarring in lung tissue were observed in both lung biopsies and bronchoalveolar lavage fluid.

This research project represents the first tissue-based and objective characterization of pulmonary post-COVID syndrome. Its significance is underscored by the publication of the findings in 2023 in the high-impact “American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine” and the accompanying editorial in the same journal [18][38].

While our findings suggest a limited severity and duration of inflammation-induced exertional dyspnea, the evidence of fibrotic remodeling in lung tissue warrants close monitoring of pulmonary function in affected individuals, especially during re-enlistment or status transitions. Future work by our group will explore the composition of the inflammatory airway infiltrate, potential associations with the rare but severe myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome (ME/CFS), and the potential role of mRNA vaccines in the development and/or severity of post-COVID.

Keywords: SARS-CoV-2; postCOVID; Bronchiolitis; Pulmonology; Military Medicine

Einleitung

COVID-19 und longCOVID/postCOVID

Nach Auftreten des neuartigen ,,Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2‘‘ (SARS-CoV-2) in Wuhan, Provinz Hubai, China, kam es zur raschen Entwicklung der COVID-19-Pandemie [8][22]. Die Letalität von COVID-19 lag initial zwischen 1 ٪ und 7%. Heute sind Todesfälle durch eine veränderte Pathogenität aktueller Virusvarianten und insbesondere durch eine – auf Impfungen und vorangegangene Infektionen zurückzuführende – Immunität der Bevölkerung selten. Bei SARS-CoV-2 handelt es sich um ein Beta-Coronavirus, dessen genetische Information auf einem RNA-Einzelstrang hinterlegt ist. Es zeigt eine über 80 % genetische Identität mit SARS-CoV und zu über 50 % MERS-CoV (,,Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus‘‘). Als 7. Mitglied humanpathogener Coronaviren (hCoV) gehört es zur Unterfamilie der Orthocoronavirinae. Hierzu zählen weiterhin die Erkältungserreger HCoV-229, HCoV-NL63 sowie die ebenfalls mit inapparenten oder milden Erkrankung der oberen Atemwege assoziierten Beta-Coronaviren HCoV-OC43 und HCoV-HKU1. Als Ursprungswirt werden Fledermäuse angenommen [42]. Häufigster Übertragungsmechanismus sind Mensch-zu-Mensch-Übertragungen durch Tröpfcheninfektion [61]. Die Invasion der Wirtszellen durch SARS-CoV-2 erfolgt durch die Bindung der transmembranen Serinprotease 2 (englisch: transmembrane protease serine subtype 2, TMPRSS2) der viralen S1 und S1 Spike-Oberflächenproteine an ACE-2-Rezeptoren des oberen und unteren Respirationstraktes und durch endosomale Membranfusion [26][42][44][53].

Typischerweise beträgt die Inkubationszeit von COVID-19 1–14 Tage. In Ausnahmefällen kann sich diese bis auf 21 Tage verlängern [61]. Die klinische Verschlechterung bis zur Entwicklung eines akuten Atemnotsyndroms (ARDS) und dem Beginn einer intensivmedizinischen Therapie erfolgt in der Regel innerhalb der ersten acht Erkrankungstage [54]. Charakteristisch ist ein dreiphasiger klinischer Verlauf [45].

In der ersten milden Phase besteht eine Virusinfektion des oberen Respirationstraktes, welche mit dem Auftreten unspezifischer Allgemeinsymptome assoziiert ist. Das häufigste Symptom ist Fieber (etwa 90% der Fälle), gefolgt von trockenem Reizhusten (etwa 70% der Fälle) und Abgeschlagenheit (etwa 40% der Fälle). Des Weiteren sind Schüttelfrost, Kopfschmerzen, Myalgien und Arthralgien häufig. Seltener kommt es zu gastrointestinalen Symptomen wie Übelkeit, Erbrechen oder Diarrhoen. Ein Virusnachweis gelingt in dieser Phase ­mittels RNA-Nachweis in real-time Polymerase Kettenreaktion (rt-PCR) aus oropharyngealen Abstrichtestungen [36].

Die zweite, pulmonale Phase beginnt durch die Migration des Virus in den unteren Respirationstrakt [36]. Klinische und radiologische Gesichtspunkte legen eine typische Viruspneumonie nahe. Charakteristischerweise treten prolongierter Husten, Fieber und Dyspnoe mit oder ohne Zeichen einer Hypoxämie auf. Histopathologische Analysen in dieser Krankheitsphase zeigen einen akuten, diffusen Alveolarschaden (diffuse alveolar damage, DAD) mit alveolärer Fibrinexsudation [1][20]. Fibrin, proteinreiches Exsudat und Zelldetritus lagern sich in Form hyaliner Membranen entlang des Alveolarepithels ab und erschweren somit den Gasaustausch. In dieser Phase kommt es zum respiratorischen Versagen mit der Entwicklung eines ARDS und oftmals zu extrapulmonalen Organmanifestationen im Rahmen einer Krankheits-assoziierten prokoagulatorischen Aktivierung, welche bis zum Multi-Organversagen führen können [23][27][31][40][42][45][54][60–62]. Im Rahmen der prokoagulatorischen Komponente entwickelt sich eine Mikroangiopathie sowie thromboembolische Ereignisse [14][34]. Auch neurologische oder myokardiale Beteiligungen mit Arrhythmien bis hin zur Herzinsuffizienz oder einem akuten Koronarsyndrom lassen sich beschreiben [4][32]. Schwere Verläufe gehen nicht selten mit einer renalen Beteiligung bis hin zum dialysepflichtigen Nierenversagen einher [37][41].

Als postCOVID oder postCOVID-Syndrom werden anhaltende Symptome nach einer Infektion mit SARS-CoV-2 bezeichnet. Nach den sog. NICE-Kriterien¹ werden anhaltende Symptome 4–12 Wochen nach der Infektion als longCOVID, über 12 Wochen nach Infektion anhaltende Symptome als postCOVID bezeichnet [50]. Unter dem Sammelbegriff long/postCOVID werden neuropsychiatrische, muskuläre, pulmonale und gastrointestinale Symptome zusammengefasst, für die zumeist keine klar abgegrenzten klinischen Definitionen oder laborchemische Biomarker existieren. Pathophysiologisch werden Viruspersistenz/-reaktivierung, Autoinflammation oder eine überschießende Immunreaktion diskutiert [35].

Pulmonales postCOVID in den Streitkräften

Aufgrund postCOVID-bedingter Leistungseinschränkungen kam es bei einigen in der postCOVID-Ambulanz des BwKrhs Ulm behandelten Soldatinnen und Soldaten zum Abbruch bzw. Nichtantritt von laufbahnrelevanten Lehrgängen oder Ausbildungsmaßnahmen. Dies deckt sich mit Beobachtungen in den britischen Streitkräften, wo eine signifikante Reduktion der Maximalbelastung und des Sauerstoffpulses bei Probanden nach SARS-CoV-2-Infektion nachweisbar waren; ein US-amerikanischer Kongressbeitrag wies obstruktive Einschränkungen und eine reduzierte CO-Diffusionskapazität als Ursache für belastungsinduzierte Dyspnoe bei aktiven Militärangehörigen nach [5][56].

Zur Prävalenz von postCOVID in der Bundeswehr insgesamt und die damit verbundenen Personalausfälle bzw. Dienstunfähigkeiten existiert kein vollständiges Lagebild. Entsprechende Daten sind nicht öffentlich publiziert. Nach den uns vorliegenden Auswertungen waren zum Stichtag 15. Oktober 2021 bei 9000 gemeldeten Erkrankungsfällen in der Bundeswehr 366 Fälle von postCOVID registriert, was einer Quote von 4,1% entspricht; zum 17. Mai 2022 waren bereits knapp 65000 Erkrankungsfälle verzeichnet. Anhand einer Hochrechnung der postCOVID-Ambulanz am BwKrhs Ulm war aber zu diesem Zeitpunkt lediglich von einer Gesamtzahl von ca. 500 postCOVID-Fällen in der Bundeswehr auszugehen (0,8%). Die Verlangsamung des Anstiegs an postCOVID-Fällen vor dem Hintergrund rasant zunehmender Infektionsausbreitung, die im selben Zeitraum in paralleler Weise auch in der Zivilbevölkerung zu beobachten war, ist in erster Linie auf geänderte Virusvarianten und verbesserte Immunität der Bevölkerung durch Impfungen und/oder vorangegangene Infektionen zurückzuführen [13][30]. Diese Bewertung wird durch die Tatsache gestützt, dass nach öffentlich zugänglichen Daten die Impflücke innerhalb der Bundeswehr im selben Zeitraum von 26% auf 6 % verkleinert wurde (Impfquote 10/2021: 74% vs. 05/2022: 94%).

Vorarbeiten zum pulmonalen postCOVID-Syndrom

Bis zu 15% der Patienten entwickeln nach einer Infektion mit SARS-CoV-2 pulmonale Manifestationen von postCOVID: Dyspnoe, Brustschmerzen oder pathologische Befunde in der CT-Bildgebung wie Milchglasverdichtungen und subpleurale Fibrosierung [25][47]. Ein systematisches Review zeigte, dass bei diesen Patientinnen und Patienten eine gestörte Diffusionskapazität der Lunge für Kohlenmonoxid (DLCO) und restriktive wie auch obstruktive Lungenfunktionseinschränkungen vorliegen [7][49]. Allerdings korrelierten in den aufgeführten Studien die subjektiven Beschwerden nicht mit den Ergebnissen durchgeführter Lungenfunktionsuntersuchungen. Zur Histopathologie von postCOVID existieren nur wenige Daten. In einer Studie, die Lungenresektate von Patienten nach mild und mittelschwer verlaufenden SARS-CoV-2-Infektionen untersuchte, wurden keine Besonderheiten nachgewiesen; allerdings litten diese Patienten auch an keiner postCOVID-Symptomatik [12]. Eine weitere Untersuchung zeigte eine ausgeprägte interstitielle Fibrose im Explantat eines 62jährigen Mannes 12 Wochen nach einer milde verlaufenden SARS-CoV-2-Infektion. Es ist aber unklar, ob es sich hierbei nicht um eine im Vorfeld nicht diagnostizierte interstitielle Lungenerkrankung handelte [24].

Während der Zusammenhang zwischen persistierenden Lungenschäden und schweren COVID-19-Verläufen mit ARDS und/oder mechanischer Beatmung einleuchtet, ist der Pathomechanismus pulmonaler Beschwerden im Nachgang milder SARS-CoV-2-Infektionen unklar. Eine Hypothese ist, dass COVID-19 zu einer anhaltenden Dysregulation der CD8+T-Zellen im Lungengewebe führt; auch eine virusbedingte Schädigung pulmonaler Blutgefäße wurde diskutiert [6][11]. In einer Studie war das Auftreten von postCOVID-Symptomen mit dem Nachweis zirkulierender antinukleärer Autoantikörper (ANA) vergesellschaftet [46]. Dies ist von besonderem Interesse, da unsere eigene Arbeitsgruppe zeigen konnte, dass der Nachweis von Autoantikörpern bzw. extrahierbaren nukleären Antigenen (ENA) mit einem schweren Verlauf von akutem COVID-19 vergesellschaftet ist [19]. Eine weitere Hypothese für die Pathophysiologie von postCOVID ist die Persistenz von SARS-CoV-2 bzw. von Virusbestandteilen, die eine anhaltende Immunreaktion auslösen bzw. unterhalten [35].

Fragestellung der vorliegenden Wettbewerbsarbeit

Zahlreiche Studien, die die Prävalenz, die Symptomatik und den Schweregrad von postCOVID untersuchen, nutzen hierfür Selbstauskünfte und fragebogenbasierte Surveys. Ergänzt werden diese vereinzelt durch Einbeziehung von Lungenfunktionsuntersuchungen oder Bildgebung, allerdings werden diese Daten selten miteinander korreliert. Am BwKrhs Ulm hatte sich bereits vor der Pandemie ein fachlicher Schwerpunkt im Bereich der Lungenmedizin herausgebildet, dessen interdisziplinäres Team (Pneumologie, Radiologie, Rheumatologie und Pathologie sowie ggf. Thoraxchirurgie) in regelmäßigen gemeinsamen Fallbesprechungen die diagnostischen und therapeutischen Strategien für Patienten mit interstitiellen Lungenerkrankungen diskutiert und schließlich festlegte. Diese Struktur bildete einen idealen Ausgangspunkt für die hier vorgestellte Studie, deren Ziel es war, über die multidisziplinäre Charakterisierung des pulmonalen postCOVID-Syndroms Aufschluss über objektivierbare klinische und radiologische Parameter sowie die Pathophysiologie dieser Langzeitkomplikation nach einer Infektion mit SARS-CoV-2 zu erhalten.

Material und Methoden

Ethikvotum

Die Studie wurde durch die Ethikkommission der Universität Ulm genehmigt (Nr. 129–20 und Nr. 331–20).

Patientinnen und Patienten

Im Zeitraum zwischen 11/2020 und 04/2021 stellten sich insgesamt 51 Patienten (davon 37,9% Soldaten, medianes Alter 40 Jahre, 43% Frauen) mit anhaltenden pulmonalen Beschwerden (Belastungsdyspnoe, Husten, thorakales Engegefühl) nach einer milde verlaufenden SARS-CoV-2-Infektion in der postCOVID-Ambulanz der Klinik für Innere Medizin/Pneumologie am BwKrhs Ulm vor. Keiner der Patienten hatte vor Infektion eine Impfung gegen SARS-CoV-2 erhalten oder war aufgrund von COVID-19 hospitalisiert und/oder beatmet worden. Es lagen keine relevanten Vorerkrankungen (insbesondere keine Autoimmunerkrankungen oder Allergien) vor, 9,8% waren aktive, 23,5% waren ehemalige Raucher. Bei allen Patienten wurde eine ausführliche Anamnese (einschließlich Expositionsanamnese) und ein körperlicher Untersuchungsbefund erhoben. Ergänzend wurden Lungenfunktionsuntersuchungen (Spiroergometrie: funktionelle Vitalkapazität, FVC; gesamte Lungenkapazität, TLC; forciertes expiratorisches Volumen in einer Sekunde, FEV1; mittlere Exspirationsfraktion, MEF50; Diffusionskapazität für Kohlenmonoxid, DLCO) durchgeführt.

Laboruntersuchungen

Im Vorfeld der Probenentnahme wurde ein klinisch-chemisches Routinelabor erhoben. Für den Nachweis von antinukleären (ANAs) und antinukleären zytoplasmatischen Antikörpern (ANCA; p-ANCA, c-ANCA, x-ANCA, Anti-PR3, Anti-MPO) wurde die Methode der indirekten Immunfluoreszenz der Fa. Euroimmun (Lübeck, Deutschland) verwendet [9][52]. In allen Fällen wurden Antikörper gegen extrahierbare nukleäre Antigene (ENAs) (anti-Sm, anti-SS-A/Ro, anti-SS-B/La, anti-Scl-70, anti-Zentromer, anti-Jo1, anti-Mi-2, anti-U1-RNP, anti-Ro-52, anti-PM-Scl, anti-CNP B, anti-PCNA, anti-dsDNA, anti-Nukleosom, anti-Histon, anti-ribosomales P-Protein, anti-AMA-M2) durch Verwendung eines semiquantitativen Immunoblots nachgewiesen (Anti-ENA Profile 3; Euroimmun AG, Lübeck, Deutschland). Ein ANA-Titer ≥1:320 mit oder ohne ENA-Nachweis oder ein ANA-Titer von 1:100 mit ENA-Nachweis im Immunoblot wurden als positiv im Sinne eines Nachweises von Autoantikörpern gewertet [3][10]. In unklaren Fällen erfolgte eine erneute Testung an einer Folgeprobe und die Verifikation durch ein externes Referenzlabor.

Röntgenologische Bildgebung

Die Bildgebung der Lunge als nicht-kontrastiertes Multislice-Spiral-CT in fulldose-Technik, (Qual. Ref. kV: Sn 100, Qual. Ref. mAs: 600, ref. CTDI 1,06mGy mit einer Kollimation von 192 x 0,6mm und Zinnfilter bei 100 kV bzw. 150kV) wurde auf einem DECT-Scanner durchgeführt (Siemens Somatom Force, Siemens Healthineers). Die Rotationszeit betrug 0,25s, die Scanzeit 1,25s. Die Untersuchung wurde als Inspirationsaufnahme durchgeführt. Eine automatisierte Segmentierung, Bestimmung des Lungenvolumens und die Quantifizierung von überblähten/fibrosierten/attenuierten Lungenarealen wurde mit der Herstellersoftware „syngo.via/ CT Pulmo 3D“, Version VB 40 (Siemens Healthineers) durchgeführt. Als untere bzw. obere Schwellenwerte wurden -950HU (low attenuation value, LAV) bzw. -200HU (high attenuation value, HAV) definiert. Werte unter -950HU wurden als überbläht, Werte über -200HU als attenuiert bewertet.

Transbronchiale Biopsien und Histopathologie

Im Rahmen der Lungenspiegelung (Bronchoskopie) wurde eine broncho-alveoläre Lavage (Lungenspülung, BAL) und eine transbronchiale Biopsieentnahme durchgeführt. Gewebeproben wurden in 4% gepufferte, wässrige Formaldehydlösung (Formalin) überführt, in Paraffin eingebettet und Gewebeschnitte mit Hämatoxylin-Eosin (HE) sowie den histochemischen Sonderfärbungen Elastica-van-Gieson (EvG) und Masson-Goldner (MG) gefärbt. Für die ultrastrukturellen Untersuchungen (Elektronenmikroskopie) wurden separate Gewebeproben entnommen und aufbereitet. Bei der Auswertung lag ­besonderes Augenmerk auf möglichen postinfektiösen Veränderungen (Alveolitis bzw. alveoläre Fibrinablagerungen, Lymphfollikel/Peribronchiolitis, glattmuskuläre Hyperplasie der kleinen Atemwege, Becherzellhyperplasie, Plattenepithelmetaplasie, interstitielle Fibrose) [21].

Virusnachweis (Immunhistochemie/FISH/RT-PCR)

Zunächst führten wir immunhistochemische Färbungen auf die Spike- und Nucleokapsidproteine von SARS-CoV-2 mit den folgenden Antikörpern durch: anti-SARS-CoV-2-Spike, clone 1A9, mouse monoclonal, 1:400 (GeneTex, USA); anti-SARS-CoV-2-Nukleokapsid, rabbit monoclonal, 1:20000 (SinoBiological, China). Autopsiegewebe von an COVID-19 Verstorbenen mit SARS-CoV-2-bedingter Viruspneumonie wurde als Positivkontrolle verwendet [20]. Für die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) verwendeten wir 1 µm dicke Gewebeschnitte, die entparaffiniert und dehydriert wurden. Für die FISH wurde das RNAscope® Multiplex Fluorescent Reagent Kit v2 (Advanced Cell Diagnostics, Inc.) nach Herstellervorgaben eingesetzt. Diese enthält die folgenden Sonden: RNAscope® Probe -V-nCoV٢٠١٩-S (#٨٤٨٥٦١-C١), -V-nCoV٢٠١٩-S-sense (#٨٤٥٧٠١-C١), -Hs-ACE٢-C٢ (#٨٤٨١٥١-C٢) and -Hs-TMPRSS٢-C٢ (#٤٧٠٣٤١-C٢). Als Fluorophor wurden Opal^TM ٥٧٠ and ٦٥٠ (PerkinElmer Life and Analytical Sciences) verwendet, die Gegenfärbung der Kerne erfolgte mittels DAPI. Nach Einbettung mit ProLongTM Gold antifade reagent (Invitrogen) wurden die Schnitte an einem Zeiss Axio Imager 2 mit der Sofware ZEN 3.0 blue edition ausgewertet. Für die RT-PCR wurde aus den Gewebeschnitten Gesamt-RNA unter Verwendung des Maxwell^® 16 FFPE Plus Tissue LEV DNA Purification KIT (Promega) auf dem Maxwell^® 16 IVD Instrument (Promega) gewonnen und das E-Gen von SARS-CoV-2 mit dem TaqMan^® ٢٠١٩-nCoV kit (ThermoFisher) amplifiziert bzw. nachgewiesen.

Elektronenmikroskopie

Lungengewebe wurde in 4% Paraformaldehyd in 0.1M PBS bei pH7.4 immersionsfixiert. Nach mehreren Waschschritten erfolgte die Einbettung nach einem Standardverfahren. Semidünnschnitte wurden mit Methylenblau gefärbt. Schließlich wurden 70–90nm-Schnitte auf einem Ultracut UCT Ultramicrotom (Fa. Reichert) hergestellt und mit 1 % wässrigem Uranylacetat und Bleicitrat gefärbt. Die Auswertung erfolgte auf einem EM 109 Elektronenmikroskop (Fa. Zeiss) verbunden mit einem TRS USB (2048x2048, v.596.0/466.0) Kamerasystem mit ImageSP ver.1.2.6.11 (x64)-Auswertesoftware.

Multiplex-IHC und Quantifizierung von Makrophagen

Die Multiplex-Immunhistochemie (Multiplex-IHC) ist ein effektiver Ansatz, um gleichzeitig und an einem einzelnen Schnittpräparat die räumliche Verteilung und den Aktivierungszustand von Immunzellen, Proteinen oder Krankheitserregern zu bestimmen. Nach einer Vorbehandlung in Citratpuffer (EnVision FLEX TARGET RETRIEVAL SOLUTION LOW pH, from Agilent: K8005) unter Verwendung des pT-Link-Moduls (Agilent, Santa Clara, USA) und Fixierung in 4% gepuffertem Formalin (10 min) wurden die Schnitte gewaschen und mit Blockierlösung (H₂O₂, DAKO REAL PEROXIDASE-BLOCKING SOLUTION, Agilent, Santa Clara, USA: S2023) inkubiert. Es folgte eine Behandlung mit Verdünnungslösung (30min, DAKO REAL ANTIBODY DILUENT, Agilent, Santa Clara, USA: S2022). Die Multiplex-Immunhistochemie wurde unter Verwendung des Opal^TM 7-Color Manual IHC Kit (AKOYA Biosciences, Menlo-Park, USA: NEL811001KT) durchgeführt, folgende Primärantikörper wurden für 60min inkubiert: CD68 (Agilent, Santa Clara, USA: M0876), CD163 (Cell Marque: 163M-17), S100A9 (Abcam: ab63818) und CD16 (Santa Cruz Biotechnology, Dallas, USA: DJ130c). Anschließend erfolgte die Zugabe von EnVision FLEX HRP (Agilent, Santa Clara: DM802) gefolgt von der Visualisierung mit Opal^TM 690 TSA Plus, Opal^TM 650 TSA Plus, Opal^TM 620 TSA Plus und Opal^TM 570 TSA Plus (alle AKOYA Biosciences, Marlborough, USA). Zellkerne wurden mit Spectral DAPI (AKOYA Biosciences, Marlborough, USA) gegengefärbt.

Zwölf repräsentative Regionen jeder Lungengewebeprobe wurden mit dem 40x-Objektiv gescannt und zu multispektralen Bildern (MSI) zusammengesetzt, was einem Gewebebereich von jeweils 334x250 µm² entspricht. Das Scannen wurde mit dem automatisierten und quantitativen Pathologie-Bildgebungssystem VECTRA (Perkin Elmer, Waltham, USA) durchgeführt. Nach Bereitstellung der automatisierten Zellerkennung mithilfe der InForm-Software (Perkin Elmer, Waltham, USA) wurde ein integrierter Zellphänotypisierungs-Algorithmus trainiert, um CD16+, CD16/CD163+, CD68+ und CD68+/CD163+ Zellen zu erkennen. Alle übrigen Zellen wurden zu einem weiteren Zelltyp zusammengefasst. Die S100A9-Expression in den automatisch erkannten und klassifizierten Zellen wurde in vier sog. Bins (0–3) eingeteilt, hieraus wurde ein H-Score der S100A9-Expression berechnet. Nach dem Trainingsdurchgang wurden alle Proben in einem weiteren Durchgang mithilfe des finalen Algorithmus analysiert. Die Messergebnisse der InForm-Software wurden in R-Version 4.0.3 unter Verwendung der Pakete phenoptr (v0.3.2) und phenoptrReports (v0.3.3) analysiert.

Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA)

Die Legendplex-ELISA wurde gemäß den Herstellerangaben durchgeführt. 25μl der gesammelten BAL (bronchoalveoläre Lavage) wurden zentrifugiert (4000U/min, 5min) und für 2Stunden bei Raumtemperatur mit antikörperbeschichteten Perlen inkubiert, gefolgt von Waschvorgängen und Inkubation mit den Detektionsantikörpern. Nach der Inkubation mit dem Färbereagenz wurden die Perlen-Antikörper-Antigenkomplexe mittels Durchflusszytometrie analysiert (FACSCanto II, BD Biosciences). Die Quantifizierung wurde unter Verwendung der Biolegend Legendplex v8.0 Software durchgeführt.

Statistische Auswertung

Zur Beschreibung numerischer und klinischer Daten wurden deskriptive statistische Methoden unter Angabe der Mediane und Interquartilsbereiche (IQR) verwendet. Absolute Zahlen und Prozentsätze wurden verwendet, um kategorische Variablen darzustellen. Der Student‘s t-Test/ANOVA mit multiple comparison post-Test wurde zur Ermittlung statistisch relevanter Unterschiede kontinuierlicher Variablen verwendet, während der Chi-Quadrat-/Fisher-Test zur Ermittlung statistisch relevanter Unterschiede kategorischer Variablen verwendet wurde. Alle statistischen Analysen wurden mit GraphPad PRISM 9.4.1 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA) durchgeführt. Ein p-Wert <0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Abb. 1:Heatmap der gesamten Kohorte (n = 51) (Abbildung aus [18])

Ergebnisse

Klinische Charakteristika und Laboruntersuchungen

Die Abbildung 1 fasst die Ergebnisse der Kohorte in einer Heatmap stratifiziert nach der vergangenen Zeit nach akuter Infektion zusammen. Unter den Patienten waren 37,9% Soldaten. Das mediane Alter betrug 40 Jahre, 43 % waren Frauen, 9,8 % waren aktive, 23,5 ٪ waren ehemalige Raucher. Auffällige Ergebnisse des Lungenfunktionstests waren eine beeinträchtigte (≤80 %) maximale exspiratorische Flussrate bei 50 % der forcierten Vitalkapazität (MEF50) und ein beeinträchtigtes forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde (FEV1) bei 37,3% bzw. 16% der Patienten. Die mittlere Lymphozytenzahl in der BAL-Flüssigkeit betrug 13 (IQR, 8–20) mit einem CD4/CD8-Verhältnis von 2,2 (IQR, 1,6–3,2).

Bei der Korrelation der Ergebnisse der Lungenfunktionstests mit klinischen, serologischen und bildgebenden Daten zeigte sich eine signifikante Assoziation zwischen der Zeit seit der Infektion und dem Sauerstoffpuls, jedoch nicht mit dem Residualvolumen (p<0,01 bzw. p=0,1679) (Abbildung 2).

Abb. 2:Signifikante Korrelation zwischen der vergangenen Zeit seit der akuten Infektion und dem Sauerstoffpuls (VO₂/HF, links; p>0,01), jedoch nicht mit dem Residualvolumen (RV, rechts; p=0,1679). (Abbildung aus [18])

Alle anderen Merkmale zeigten keine signifikante Assoziation. Autoantikörper (ANA-Titer ≥1:320 und/oder positiver Immunoblot für Scl-70, PCNA, PM-Scl, dsDNA, SS-B, Histone) wurden bei 17/51 Patienten (33,3%) nachgewiesen, korrelierten jedoch nicht mit der Schwere der Symptome, spezifischen Bildgebungsmerkmalen (ground glass opacities (GGO), Retikulation) oder histopathologischen Merkmalen (OP, entzündliches Infiltrat, Hinweise auf Fibrose).

Bildgebung

Die Ergebnisse der Bildgebung waren heterogen, wobei bei 9/51 und bei 3/51 Patienten (17,6% bzw. 5,9%) Milchglastrübungen im Bereich des Lungenparenchyms (ground glass opacities, GGO) bzw. Retikulationen festgestellt wurden (Abbildung 3). Bereiche mit niedrigem Attenuationsvolumen (LAV, unter -950 HU) umfassten bei 18/51 Patienten (35,3%) mehr als 5 % der Lungen, wovon bei 8/51 Patienten (15,7%) LAV-Bereiche mehr als 10 % der Lungen ausmachten.

Abb. 3:Beispielhafte Computertomografien bei akutem COVID-19 (links) und Milchglastrübungen bzw. Retikulationen bei postCOVID (rechts, Pfeilspitzen) (Abbildung aus [18])

Histopathologie, Ultrastruktur und Zytokinprofil in der bronchoalveolären Lavage (BAL)

Die histopathologische Auswertung der transbronchialen Biopsien von postCOVID-Patienten und der Kontrollgewebsproben von prä-pandemischen Autopsien (n=15, medianes Alter 56, 33% weiblich) zeigte eine erhöhte peribronchioläre und interstitielle Lymphozytose sowie alveoläre Fibrinablagerungen in der postCOVID-Kohorte (Abbildung 4). Eine organisierende Pneumonie wurde bei zwei postCOVID-Patienten (3,9%) festgestellt, jedoch nicht bei den Autopsiekontrollen (p>0,999). Zentrilobuläre Lymphfollikel wurden in 47% der postCOVID-Proben und 40% der Autopsiekontrollen beobachtet (p=0,558), während eine interstitielle Fibrose (ermittelt durch Masson-Goldner-Färbung und Lichtmikroskopie) bei 27% der postCOVID-Patienten und 13% der präpandemischen Autopsiekontrollen vorhanden war (p=0,3262).

Abb. 4:Beispielhafte lichtmikroskopische Aufnahmen von Lungengewebeproben bei postCOVID mit organisierender Pneumonie (Pfeilspitze: Fibroblastenplugs), alveolären Fibrinausschwitzungen (Pfeile) und interstitieller Vermehrung von Entzündungszellen (von links nach rechts, Hämatoxylin-Eosin-Färbung). Die Masson-Goldner-Färbung (rechts) zeigt eine interstitielle Ablagerung von Kollagenfasern (hellgrün). Balken: 100 µm. (Abbildung aus [18])

Die entzündlichen Infiltrate um kleine Atemwege und in alveolären Septen bestanden aus CD3+ T-Zellen, wobei ein Überwiegen von CD4+ gegenüber CD8+ T-Zellen vorlag (Abbildung 5 A). CD4+ T-Zellen um kleine Atemwege bei postCOVID-Patienten waren im Vergleich zum Interstitium (p=0,0205) sowie im Vergleich zu Atemwegen und Interstitium von Autopsiekontrollen signifikant erhöht (p=0,0154 bzw. p<0,0001) (Abbildung 5). Es gab keinen vergleichbaren Unterschied in der Verteilung von CD8+ T-Zellen zwischen Atemwegen und Interstitium sowie zwischen postCOVID-Patienten und Autopsiekontrollen. Bei der Analyse der räumlichen Verteilung des entzündlichen Infiltrats bei PASC-Patienten gab es konsistent mehr Entzündung um die Atemwege im Vergleich zum Interstitium, jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen der CD4+ oder CD8+ T-Zelldichte zwischen den Atemwegen oder dem Interstitium des Mittel- und Unterlappens. Die negative Korrelation zwischen der vergangenen Zeit seit akutem COVID-19 und dem T-Zell-Infiltrat um die Atemwege war nicht statistisch signifikant (p=0,1736).

 

Abb. 5:Räumlich aufgelöste T-Lymphozyten-Subtypisierung bei postCOVID-Patienten:

(A) Repräsentative Immunohistochemie für den pan-T-Zell-Marker (CD3) und die CD4/CD8-Doppelfärbung in kleinen Atemwegen (Dreiecksymbol) und Lungenalveolen (Kreissymbol). Balken: 100 µm.

(B) Statistische Analysen zeigten signifikant erhöhte Zahlen von CD3+ T-Zellen und CD4+ T-Helferzellen, jedoch nicht von CD8+ zytotoxischen T-Zellen, in kleinen Atemwegen im Vergleich zum Interstitium bei postCOVID-Patienten sowie im Vergleich zu den kleinen Atemwegen und dem Interstitium von (präpandemischen) Autopsiekontrollen. Das CD4/CD8-Verhältnis unterschied sich nicht signifikant im Vergleich zu BAL-Flüssigkeit bei postCOVID und präpandemischen Autopsiekontrollen.

(C) Verteilung von CD4+/CD8+ T-Zellen zwischen verschiedenen anatomischen Lokalisationen (Biopsieentnahme Lungenmittel- bzw. Unterlappen) und Korrelation zwischen T-Zell-Infiltration und Zeit seit COVID-19: Es gab einen (statistisch nicht signifikanten) Rückgang der Anzahl von T-Zellen um die Atemwege im Laufe der Zeit.

(Abbildung aus [18])

Eine ultrastrukturelle Analyse mittels Transitionselektronenmikroskopie (TEM) wurde an 11 von 14 postCOVID-Lungengewebsproben mit Hinweisen auf Fibrose in der Lichtmikroskopie durchgeführt und zeigte in allen untersuchten Fällen eine interstitielle Ablagerung von Kollagenfibrillen (Abbildung 6).

Abb. 6: Beispielhafte elektronenmikroskopische Aufnahme einer Lungengewebeprobe bei postCOVID: Die Sterne markieren eine interstitielle Ablagerung von Kollagenfasern, (A) kennzeichnet einen Alveolus (Lungenbläschen). (Abbildung aus [18])

Die Immunfluoreszenz-Multiplexfärbung von Lungengewebsproben (n=38) zur Quantifizierung von Makrophagen-Subpopulationen (Abbildung 7) zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen H-Scores für den pro-fibrotischen Makrophagen-Phänotyp (CD68/CD163/S100A9) stratifiziert nach klinischen, bildgebenden oder serologischen Daten, einschließlich der Diffusionskapazität für Kohlenmonoxid, des Sauerstoffpulses oder der Anzahl von CD4+/CD8+ T-Zellen um die Atemwege oder in Alveolarsepten. Der mediane Anteil von CD163+ Makrophagen unter allen Makrophagen betrug 32%. Obwohl dies höher ist als der mediane Anteil von CD163+ Makrophagen in einer zuvor veröffentlichten Kontrollkohorte (12 %) [55], war dieser Unterschied nicht statistisch signifikant (p=0,2792).

Abb. 7:Beispielhafte Immunfluoreszenz-Multiplexfärbung mit Antikörpern gegen CD16 (grün), CD68 (rot), CD163 (magenta) und S100A9 (türkis). Reprinted with permission of the American Thoracic Society. Copyright © 2024 American Thoracic Society. All rights reserved. Gagiannis D, Hackenbroch C, Bloch W, et al.: Clinical, Imaging, and Histopathological Features of Pulmonary Sequelae after Mild COVID-19. Am J Respir Crit Care Med 2023; 208: 618–21. The American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine is an official journal of the American Thoracic Society.

Die Analyse von Zytokinen in BAL-Flüssigkeit unter ­Verwendung des Legendplex-Immunoassays zeigte ­erhöhte Werte von IL-1beta (p<0,05) und IL-8 im Vergleich zu gesunden Kontrollen, obwohl der letztge­nannte Unterschied nicht statistisch signifikant war (Abbildung 8).

 

Abb. 8: Konzentrationsunterschiede der Zytokine IL-1beta und IL-8 in der broncho-alveolären Lavageflüssigkeit bei postCOVID/PASC im Vergleich zu gesunden Kontrollen. (Abbildung aus [18])

Virusnachweis

Die Immunohistochemie für die N- und S-Proteine sowie die Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) für das RdRp-Gen von SARS-CoV-2 waren in allen Gewebeproben negativ. In einem Fall (#41) ergab die durchgeführte RT-PCR ein positives Signal für das E-Gen, der Virusnachweis wurde durch die SARS-­CoV-2-S FISH-Analyse im Alveolarepithel bestätigt (Abbildung 9).

 

Abb. 9:Repräsentative Mikrofotografien der Immunohistochemie für SARS-CoV-2 Spike- (S) und Nukleokapsid- (N) Proteine in Atemwegen und Lungenalveolen bei akutem COVID-19 (obere Reihe) und postCOVID/PASC (untere Reihe): Beide IHC-Färbungen waren in allen postCOVID-Fällen negativ. SARS-CoV-2 S FISH zeigte vereinzelte Signale im alveolären Epithel des einzigen Patienten mit positivem SARS-CoV-2 RT-PCR (Fall #41) (Balken: 100 µm).

Diskussion

In der vorliegenden Studie berichten wir über die histopathologischen, serologischen, klinischen und bildgebenden Merkmale einer fortlaufenden Kohorte von 51 Patienten aus der Post-COVID-Ambulanz des BwKrhs Ulm.

Im Vergleich zu den meisten veröffentlichten Daten zur Epidemiologie von postCOVID [17] war unsere Patientenkohorte jünger (medianes Alter: 40 Jahre) und überwiegend männlichen Geschlechts (57%), was möglicherweise auf den hohen Anteil aktiver Soldaten in der Studie zurückzuführen ist und Daten aus anderen Studien mit Militärpersonal widerspiegelt [2].

Obwohl alle Patienten unter Belastungsdyspnoe litten, zeigten die Lungenfunktionstests nur bei einem Teil der Fälle pathologische Ergebnisse. Die relevanteste Feststellung war eine reduzierte MEF 50 und FEV1 (≤ 80%) bei 37,3 ٪ bzw. 16% der Patienten, dies in Übereinstimmung mit Ergebnissen einer früheren Studie bei Athleten mit einem vergleichbaren Profil [29]. Eine Atemwegsobstruktion mit daraus resultierender Verminderung der MEF50/FEV1 wäre plausibel angesichts des beobachteten Anteils von Patienten mit LAV >5% oder >10% der Lungenfläche und des histopathologischen Befundes einer T-Zell-vermittelten Bronchiolitis in einem Teil der Fälle. In der Literatur wurde diskutiert, ob die Durchführung einer Spiroergometrie zur Bewertung der kardiopulmonalen Funktion bei PASC-Patienten grundsätzlich vorzuziehen sei [15], allerdings lag der mediane Sauerstoffpuls in der von uns untersuchten Kohorte im normalen Bereich. Da für den überwiegenden Teil der Fälle kein Vergleichswert vor Infektion vorlag, konnte der tatsächliche individuelle Einfluss der SARS-CoV-2-Infektion auf die kardiopulmonale Funktion nicht beurteilt werden. Unsere Daten stehen im Gegensatz zu einer Studie aus Finnland, die keine Hinweise auf eine Entzündung der kleinen Atemwege bei Überlebenden von schwerem COVID-19 fand [33]. Dieser Unterschied könnte darauf zurückzuführen sein, dass wir eine spe­zifische Kohorte von Patienten mit pulmonalen Symp­tomen nach einem milden Verlauf der Erkrankung ­untersuchten, die zuvor keine entzündungshemmende Behandlung (z. B. Kortikosteroide) im Rahmen eines schweren COVID-19-Verlaufs erhalten hatten.

Die in unserer Kohorte beobachtete positive Korrelation zwischen Sauerstoffpuls und Zeit seit der Infektion deutet auf eine Normalisierung des Sauerstoffpulses im Laufe der Zeit hin, möglicherweise aufgrund des abnehmenden Entzündungsinfiltrats um die Atemwege. In Übereinstimmung mit früheren Daten [51] zeigten bildgebende Verfahren bei PASC-Patienten Milchglastrübungen und Retikulationen. Allerdings war kein spezifisches radiologisches Merkmal signifikant mit klinischen Daten, Lungenfunktionstests oder histopathologischen Befunden korreliert. In Übereinstimmung mit unserem Befund einer reduzierten MEF50/FEV1 bei einem Teil der Patienten und unserer Hypothese einer durch Bronchiolitis bedingten Atemwegsobstruktion zeigten jedoch 35,3% der Patienten ein niedriges Attenuationsvolumen (LAV) in >5% der Lungenfläche.

Mögliche Pathophysiologie von pulmonalem postCOVID

Sowohl Autoimmunität als auch Persistenz von Viren/Viruspartikeln werden als mögliche Faktoren in der Pathophysiologie von PASC diskutiert [35][46]. Unter Verwendung von Immunhistochemie und RT-PCR konnten – mit Ausnahme einer einzigen Probe – kein SARS-CoV-2 und keine viralen Spike- oder Nukleokapsidproteine in den Lungengewebeproben nachgewiesen werden. Bei diesem singulären Fall konnte die Präsenz von SARS-CoV-2 durch FISH im alveolären Epithel 35 Wochen nach der Infektion bestätigt werden. Dies deckt sich mit jüngst publizierten Beobachtungen, wonach SARS-CoV-2-mRNA auch 4 Monate nach Infektion im Lungengewebe nachweisbar sein kann [63]. Da es sich aber hierbei um Einzelfälle handelt und auch bei Verwendung mehrerer unabhängiger Nachweisverfahren in 98 % unserer Kohorte von symptomatischen postCOVID-Patienten kein residuelles Virus nachgewiesen werden konnte, ist aus unserer Sicht die Entwicklung der Peribronchiolitis zumeist unabhängig von der Persistenz von Viren/Viruspartikeln. Dies deckt sich mit der Situation bei akutem COVID-19, wo gezeigt werden konnte, dass die organisierende Pneumonie und die Entstehung einer pulmonalen Fibrose auch nach Viruselimination und daher in Abwesennheit des Virus auftreten können [20]. In Bezug auf Autoimmunität hatten 33,3 % der Patienten in der vorliegenden Studie nachweisbare Autoantikörper (ANA/ENA). Das Vorhandensein dieser Autoantikörper war jedoch nicht mit spezifischen klinischen Merkmalen, Ergebnissen von Lungenfunktionstests oder histopathologischen Befunden assoziiert. Diese könnten eine extrafollikuläre B-Zell-Aktivierung mit aberranter Produktion von Autoantikörpern nach vorangegangenem Kontakt mit SARS-CoV-2 widerspiegeln [57][58].

Ähnlichkeiten zu anderen Bronchiolitiden und interstitiellen Lungenerkrankungen

Die histopathologischen Merkmale von PASC waren größtenteils diskret und unspezifisch, wie beispielsweise die Ablagerung von alveolärem Fibrin und die in einzelnen Fällen nachweisbare organisierende Pneumonie. Im Vergleich zu präpandemischen Autopsiekontrollen wurde eine signifikant erhöhte Infiltration von CD4+ T-Zellen um die kleinen Atemwege (im Sinne einer Peribronchiolitis) festgestellt, während sich interstitielle CD4+/CD8+ T-Zell-Infiltrate nicht signifikant unterschieden. Gemäß der von Ryu vorgeschlagenen Klassifikation [43] wären das Entzündungsmuster und die Bildgebung eher als primäre Bronchiolitis und weniger als interstitielle Lungen­erkran­kung mit bronchiolitischer Komponente zu ­bewerten. Vorangehende virale oder mykoplasmenbedingte Infektionen sind auch eine häufige Ursache für die primäre Bronchiolitis bei Kindern und Erwachsenen, und es wurde gezeigt, dass CD4+ T-Zellen eine wesentliche Rolle bei der obliterativen Bronchiolitis im Rahmen der chronischen ­Lungenallograft-Dysfunktion (Transplantatabstoßung, CLAD) spielen [16][59]. Die Bronchiolitis könnte damit auch wesentlich zu der Atemwegsobstruktion beitragen, die den beobachteten Rückgang der MEF50/FEV1 und die Zunahme von LAV-Bereichen bei einem Teil der Patienten erklären würde.

In Anbetracht des bereits etablierten Zusammenhangs zwischen abgelaufenen viralen Infektionen und persistenter Atemwegsentzündung sowie des Fehlens persistierender SARS-CoV-2-Infektionen bei allen (außer einem) Patienten scheint die Bronchiolitis bei PASC eine nächstliegend unspezifische postinfektiöse Reaktion zu sein. Kleine peribronchioläre Lymphfollikel wurden bei etwa der Hälfte der Patienten festgestellt. Da die interstitielle Entzündung jedoch gering war, würden (trotz des Nachweises von Autoantikörpern bei einem Teil der Patienten) die diagnostischen Kriterien einer interstitiellen Pneumonie mit autoimmunen Merkmalen (IPAF) bzw. einer interstitiellen Lungenerkrankung im Rahmen einer Kollagenose (CTD-ILD) als (noch) nicht erfüllt gelten [39][48]. Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass keine chirurgischen Lungenbiopsien durchgeführt wurden, die eine Diagnose zellulärer oder fibrotischer NSIP-Muster als wegweisende Merkmale einer IPAF/CTD-ILD ermöglicht hätten.

PostCOVID und Fibrose

Schließlich konnte bei einem Teil der Patienten durch Lichtmikroskopie und TEM-Analyse ein fibrotischer Umbau nachgewiesen werden; das Zytokinprofil der BAL-Flüssigkeit zeigte erhöhte Spiegel von Interleukin (IL-) 1β. Der Anteil von CD163+ Makrophagen in PASC-Lungengewebeproben war höher als in einer zuvor veröffentlichten Kontrollkohorte, aber dieses Ergebnis war nicht statistisch signifikant und die Dichte dieser pro-fibrotischen Makrophagen korrelierte nicht mit der Fibrose, klinischen /bildgebenden Merkmalen oder dem Nachweis von Autoantikörpern. Dennoch sind wir der Meinung, dass die Lungenfunktion bei pulmonalen PASC-Patienten engmaschig überwacht werden sollte. Hierdurch würde eine frühzeitige Erkennung und Behandlung möglicher pulmonaler Fibrosen ermöglicht, da bereits gezeigt wurde, dass SARS-CoV-2 die Fähigkeit hat, Lungenfibrosen zu induzieren [20][28].

Limitationen

Es gibt mehrere Einschränkungen unserer Studie. Erstens haben wir nur Patienten aus einem singulären Zentrum eingeschlossen, die dieses aktiv aufgrund pulmonaler Symptome nach mildem COVID-19 aufgesucht haben. Es ist daher nicht möglich, aus unseren Daten Schlussfolgerungen über Häufigkeit und Schwere von pulmonalem PASC in der Gesamtbevölkerung zu ziehen. Zweitens könnte die Allgemeingültigkeit unserer Befunde aufgrund der hohen Anzahl körperlich aktiver Soldaten in unserer Kohorte begrenzt sein, die bei hoher körperlicher Belastung schon leichte Beeinträchtigungen der Lungenfunktion einschränkend wahrnehmen. Andererseits bot das Fehlen relevanter pulmonaler Begleiterkrankungen in dieser speziellen Gruppe und die Tatsache, dass die Infektionen vor der Einführung von Impfstoffen stattfanden, eine einzigartige Gelegenheit, den natürlichen Verlauf der Lungenpathologie nach SARS-CoV-2-Infektion zu untersuchen. Drittens ist aufgrund der Tatsache, dass die meisten Patienten der hier untersuchten Kohorte während der Alpha-/Delta-Wellen infiziert waren, unklar, ob die Befunde auch für Infektionen mit Omikron oder anderen Subtypen von SARS-CoV-2 gelten. Schließlich hätte die Einbeziehung von Lungengewebeproben von Patienten nach anderen viralen Infektionen (z. B. Influenza, RSV) Aufschluss darüber gegeben, inwieweit die postinfektiöse Bronchiolitis/Fibrose spezifisch für COVID ist. Wir werden die vorliegende Kohorte weiterverfolgen, um zu untersuchen, ob Bronchiolitis und/oder Autoantikörper persistieren und um zu überwachen, ob es klinische Hinweise auf eine progressive Fibrose gibt – insbesondere bei jener Untergruppe von Patienten, die schon bei der ersten Biopsie Anzeichen von Fibrose aufwiesen.

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Bildrechte

Der Abdruck der Abbildungen 1–8 erfolgte mit freundlicher Genehmigung der American Thoracic Society (Copyright 2024). Die American Thoracic Society ist das offizielle Journal der American Thoracic Society.

Manuskriptdaten

Zitierweise

Gagiannis D, Steinestel K: Klinik, Pathophysiologie und wehrmedizinische Bedeutung des pulmonalen postCOVID-Syndroms. WMM 2025; 69(3): 80-92.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-429

Verfasser

Oberfeldarzt Priv.-Doz. Dr. Daniel Gagiannis

Klinik für Innere Medizin, Sektion Pneumologie

Oberstarzt Prof. Dr. Dr. Konrad Steinestel

Institut für Pathologie und Molekularpathologie

Bundeswehrkrankenhaus Ulm

Oberer Eselsberg 40, 89081 Ulm

E-Mail: danielgagiannis@bundeswehr.org
            konradsteinestel@bundeswehr.org

Manuscript Data

Citation

Gagiannis D, Steinestel K: [Clinical Presentation, Pathophysiology, and Military Medical Relevance of Pulmonary Post-COVID Syndrome]. WMM 2025; 69(3): 80-92.

DOI: https://doi.org/10.48701/opus4-428

Authors

Lieutenant Colonel Associate Professor Dr. Daniel Gagiannis, MD

Department of Internal Medicine, Section Pneumology

Colonel Professor Dr. Dr. Konrad Steinestel, MD

Institute of Pathology und Molecular Pathology

Bundeswehr Hospital Ulm

Oberer Eselsberg 40, D-89081 Ulm

E-Mail: danielgagiannis@bundeswehr.org
            konradsteinestel@bundeswehr.org