Обсервация
Метопролол у тяжелобольных пациентов с COVID-19
7.09.2021Источник: J Am Coll Cardiol.
Аннотация
Фон
Тяжелая форма коронавирусной болезни-2019 (COVID-19) может прогрессировать до острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), который включает альвеолярную инфильтрацию активированными нейтрофилами. Было показано, что бета-блокатор метопролол уменьшает обострение воспаления при инфаркте миокарда.
Цели
Целью этого исследования было оценить влияние метопролола на воспаление альвеол и функцию дыхания у пациентов с ОРДС, ассоциированным с COVID-19.
Методы
В общей сложности 20 пациентов с COVID-19 с ОРДС на инвазивной ИВЛ были рандомизированы в группу метопролола (15 мг в день в течение 3 дней) или контрольную группу (без лечения). Всем пациентам проводился бронхоальвеолярный лаваж (БАЛ) до и после приема метопролола / контроля. Безопасность введения метопролола оценивали с помощью инвазивного гемодинамического и электрокардиографического мониторинга и эхокардиографии.
Полученные результаты
Прием метопролола протекал без побочных эффектов. Исходно содержание нейтрофилов в БАЛ не различалось между группами. Напротив, пациенты, рандомизированные для приема метопролола, имели значительно меньше нейтрофилов в БАЛ на 4-й день (медиана: 14,3 нейтрофилов / мкл [Q1, Q3: 4,63, 265 нейтрофилов / мкл] против медианы: 397 нейтрофилов / мкл [Q1, Q3: 222, 1346 нейтрофилов]. / мкл] в группе метопролола и контрольной группе соответственно; P = 0,016). Метопролол также снижает содержание внеклеточных ловушек нейтрофилов и других маркеров воспаления легких. Оксигенация (PaO2: FiO2) значительно улучшилась после 3 дней лечения метопрололом (медиана: 130 [Q1, Q3: 110, 162] против медианы: 267 [Q1, Q3: 199, 298] на исходном уровне и на 4-й день, соответственно; P = 0,003), тогда как у контрольных испытуемых он не изменился. Пациенты, получавшие метопролол, проводили меньше дней на инвазивной ИВЛ, чем пациенты в контрольной группе (15,5 ± 7,6 против 21,9 ± 12,6 дней; P = 0,17).
Выводы
В этом пилотном исследовании внутривенное введение метопролола пациентам с ОРДС, связанным с COVID-19, было безопасным, уменьшало обострение воспаления легких и улучшало оксигенацию. Переназначение метопролола для лечения ОРДС, связанного с COVID-19, по-видимому, является безопасной и недорогой стратегией, которая может облегчить бремя пандемии COVID-19.
Ключевые слова: неотложная помощь, ОРДС, COVID, метопролол.
Аббревиатуры и акронимы: ОРДС, острый респираторный дистресс-синдром; БАЛ, бронхоальвеолярный лаваж; COVID-19, коронавирусная болезнь-2019; ICU (ОИТ), отделение интенсивной терапии; IMV (ИМВ), инвазивная механическая вентиляция легких; NET, внеклеточная ловушка нейтрофилов
Центральная иллюстрация
Коронавирусная болезнь-2019 (COVID-19), вызванная тяжелым острым респираторным синдромом-коронавирусом-2 (SARS-CoV-2), представляет собой продолжающуюся пандемию, от которой страдают более 145 миллионов человек во всем мире и на сегодняшний день погибло более 3 миллионов человек. . По оценкам, от 6% до 18% случаев COVID-19 прогрессируют до острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), требующего госпитализации в отделение интенсивной терапии (ОИТ) и инвазивной механической вентиляции (IMV) (1). В настоящее время отсутствуют специфические методы лечения ОРДС, ассоциированного с COVID-19.
На ранних стадиях инфекции SARS-CoV-2 иммунная система хозяина активируется, чтобы блокировать прогрессирование заболевания. Однако в некоторых случаях быстрая репликация SARS-CoV-2 в дыхательных путях вызывает обострение воспалительной реакции и цитокиновый шторм (2). Эта ситуация приводит к прогрессированию ОРДС вместе с другими клиническими осложнениями, такими как септический шок, микротромбы, коагулопатия и полиорганная дисфункция (3).
ОРДС различной этиологии (4), в том числе инфекция SARS-CoV-2 (5,6), сильно зависит от действия нейтрофилов. Активированные нейтрофилы способствуют повреждению альвеол, высвобождая предварительно сохраненные медиаторы воспаления (активные формы кислорода и миелопероксидазу [MPO]) и взаимодействуя с другими клетками, такими как тромбоциты, для индукции микротромбов. Кроме того, образование внеклеточных ловушек нейтрофилов (NET) и сильно повреждающих гистонов активирует инфламмасомы и запускает высвобождение провоспалительных цитокинов (7). NET, высвобождаемые из активированных нейтрофилов, инфильтрированных альвеолами, увеличивают воспаление легких и уровни провоспалительных цитокинов в сыворотке крови, что приводит к обширному повреждению легких и микротромботическим явлениям у пациентов с COVID-19 (2,3,8,9).
Несмотря на огромное влияние COVID-19 во всем мире, существует нехватка эффективных методов лечения для предотвращения перехода от умеренного к тяжелому заболеванию и улучшения прогноза. Учитывая сильное давление, которое COVID-19 оказывает на отделения интенсивной терапии во всем мире, существует острая необходимость в определении методов лечения, которые позволили бы сократить количество дней в отделениях интенсивной терапии. Наиболее востребованными являются вмешательства, способные смягчить иммунную дисрегуляцию, связанную с COVID-19 (10). Привлекательным кандидатным подходом является использование терапии, направленной на хозяина, которая появилась в последние годы в качестве адъювантной стратегии для ограничения повреждений во время инфекционного или стерильного обострения воспаления.
Антагонисты бета-адренорецепторов (β-блокаторы) на протяжении многих десятилетий используются для лечения сердечно-сосудистых состояний, таких как гипертония, аритмии и инфаркт миокарда (11). Наблюдательные ретроспективные исследования установили связь между терапией β-адреноблокаторами и увеличением выживаемости у пациентов в критическом состоянии, вызванной различными состояниями, такими как сепсис (12, 13, 14), острая дыхательная недостаточность (15), тяжелая черепно-мозговая травма (16,17). ) и другие (18,19). Недавние открытия показывают, что β1-селективный блокатор метопролол оказывает прямое действие на нейтрофилы, смягчая их пагубные эффекты во время обострения воспаления (20). Было показано, что в контексте ишемии / реперфузии (острого инфаркта миокарда) нацеливание метопролола на нейтрофилы оказывает сильное кардиозащитное действие как на животных моделях, так и на пациентах (20, 21, 22, 23). Совсем недавно наша группа продемонстрировала, что метопролол (но не другие клинически доступные внутривенные β-адреноблокаторы) устраняет вызванное нейтрофилами обострение воспаления, взаимодействие нейтрофилов и тромбоцитов и образование NET на мышиной модели острого повреждения легких, вызванного ЛПС (24). Эти экспериментальные данные побудили нас исследовать, может ли лечение метопрололом внутривенно уменьшить воспаление легких - и, в конечном итоге, улучшить прогноз - у пациентов с ОРДС, ассоциированным с COVID-19.
Методы
Дизайн исследования и популяция
Пилотное исследование MADRID-COVID (внутривенное введение метопролола при респираторном дистрессе из-за COVID-19) было одобрено этическим комитетом больницы Fundación Jiménez Díaz (регистрационный номер Eudract 2020-002310-41). Все пациенты или их близкие родственники дали письменное согласие на участие. Критериями включения были возраст 18-80 лет, подтвержденная rt-PCR инфекция SARS-CoV-2 (либо мазок из носа, либо бронхоальвеолярный лаваж), инвазивная механическая вентиляция ≤72 часов, частота сердечных сокращений ≥60 уд / мин и инвазивное систолическое артериальное давление. ≥120 мм рт. Критерии исключения включали длительную госпитализацию (> 5 дней) до включения в исследование, сопутствующую острую сердечную недостаточность, фракцию выброса левого желудочка <50%, систолическую дисфункцию правого желудочка, сопутствующую легочную эмболию, умеренно-тяжелую болезнь периферических артерий, умеренно-тяжелую болезнь клапанов сердца, ХОБЛ средней степени тяжести или активное лечение β-адреноблокаторами до включения в исследование. В общей сложности 20 пациентов с ОРДС, вторичным по отношению к инфекции SARS-CoV-2 при IMV, были включены и рандомизированы для внутривенного введения метопролола тартрата (Recordati) (3 болюса по 5 мг, с интервалом 2 минуты, ежедневно в течение 3 дней; n = 12) или контрольной группе. (без лечения; n = 8). Через две минуты после каждого болюса измеряли кровяное давление и частоту сердечных сокращений, и если они превышали установленные пределы, вводили следующий болюс.
Рандомизация была стратифицирована по возрасту (≤59 лет против> 59 лет), анамнезу гипертонии (да / нет) и количеству циркулирующих нейтрофилов (<6000 против ≥6000). Образцы жидкости и крови бронхоальвеолярного лаважа (БАЛ) были взяты у пациентов при рандомизации (исходный уровень) и через 24 часа после введения третьей дозы метопролола / контроль (день 4). Основная цель исследования заключалась в оценке влияния метопролола на маркеры воспаления (в основном инфильтрацию нейтрофилов и НЭО). Основными вторичными целями были оценка влияния метопролола в течение нескольких дней на инвазивную искусственную вентиляцию легких и дней в ОИТ после рандомизации, а также на функцию легких. Основным критерием безопасности были гемодинамические осложнения (кардиогенный шок, тяжелая гипотензия или тяжелая брадикардия / атриовентрикулярная блокада).
Поскольку это было пилотное исследование, размер выборки был рассчитан на основе способности идентифицировать изменения в воспалении легких (инфильтрация нейтрофилов). Основываясь на предыдущих экспериментальных исследованиях, мы предположили, что 20 пациентов будет достаточно, чтобы обнаружить значительный биологический эффект метопролола в этом контексте.
Проточная цитометрия образцов БАЛ
Для исследований проточной цитометрии (FCM) образцы БАЛ (8 мл) были предварительно инактивированы 2 мл реагента стабилизации клеточного антигена, содержащего формальдегид (TransFix, Cytomark Ltd). Затем образцы центрифугировали (5 минут при 540 g), супернатант удаляли и осадок клеток ресуспендировали в 200 мкл забуференного фосфатом физиологического раствора. После этого 100 мкл клеточной суспензии окрашивали в течение 15 минут при комнатной температуре следующей цветовой комбинацией: изотиоцианат флуоресцеина против человеческого CD15, CD33-фикоэритрин и CD3-V-450 и CD45-V-500 (Becton Dickinson Biosciences). После окрашивания добавляли 2 мл лизирующего раствора FACS (Becton / Dickinson Biosciences), и после 5 минут инкубации образец центрифугировали и ресуспендировали в 100 мкл забуференного фосфатом физиологического раствора. Перед сбором добавляли флуоресцентный краситель DRAQ5 (Biostatus Limited) (25,26) и микросферы Perfect-COUNT (Cytognos SL) (27) для отбора ДНК-положительных клеток и подсчета клеток соответственно. Образцы обрабатывали на проточном цитометре FACSCanto II (Becton Dickinson Biosciences), оборудованном программным обеспечением FACSDiva (Becton Dickinson Biosciences), и получали информацию обо всех событиях, соответствующих ядросодержащим клеткам, присутствующим в окрашенной аликвоте образца.
Данные были проанализированы с помощью программного обеспечения INFINICYT (Cytognos SL). Анализ FCM включал идентификацию ядерных клеток на первом этапе путем окрашивания DRAQ5. Популяции лейкоцитов идентифицировали с помощью стратегии стробирования, основанной на прямом разбросе, боковом разбросе и экспрессии CD45. Нейтрофилы и макрофаги были идентифицированы по их относительно более высоким светорассеивающим свойствам, их уникальному паттерну экспрессии CD45 и экспрессии CD15 (нейтрофилов) и CD33 (альвеолярных макрофагов). Лимфоциты также идентифицировали по их экспрессии CD45 и свойствам прямого и бокового рассеяния. Популяции нейтрофилов, макрофагов и лимфоцитов определяли количественно как процент от общего числа событий CD45.
Анализ хемокинов ELISA
Образцы инактивировали инкубацией в конечной концентрации 0,2% SDS на 0,1% Tween-20 и термообработкой при 60 ° C в течение 15 минут. Образцы плазмы и бесклеточного БАЛ анализировали с помощью наборов ELISA человека на фактор фон Виллебранда (RAB0556-1KT, Sigma) и хемокиновый моноцитарный хемоаттрактантный белок (MCP) -1 (orb315028, Biorbyt), интерлейкин (IL) -6 (orb219452, Biorbyt) и IL-8 (orb315028, Biorbyt).
Маркеры нетоза
Всего было измерено 3 биомаркера NETosis: цитруллинированный гистон-3 (Cit-H3), комплексы MPO-ДНК и внеклеточная ДНК. Для Cit-H3 и MPO-DNA ELISA образцы сначала инактивировали суспензией в 0,2% SDS на 0,1% Tween-20 и термообработкой при 60 ° C в течение 15 минут. Для измерения внеклеточной ДНК образцы инактивировали тепловой обработкой при 60 ° C в течение 1 часа.
Cit-H3 измеряли с помощью набора для ELISA (клон 11D3, Cayman, 501620). Количественная оценка комплексов МПО-ДНК была основана на ранее описанном протоколе (28,29), в котором используются несколько реагентов из набора ELISA для обнаружения гибели клеток (Roche, 11544675001), но включается 96-луночный планшет с высоким связыванием EIA / RIA с различным покрытием в течение ночи. при 4 ° C с антителом против МПО человека (Bio-Rad, 0400-0002). Бесклеточную ДНК измеряли с использованием набора для анализа дцДНК Quant-iT PicoGreen (Invitrogen, Thermo Fisher Scientific, P11496).
Визуализация нейтрофилов и NET в BAL
NET визуализировали окрашиванием по Гимзе образцов БАЛ (30,31). Образцы BAL центрифугировали в течение 10 минут при 2500 оборотах в минуту. Осадок ресуспендировали и распределяли для окрашивания раствором Гимзы. Затем образцы инактивировали и фиксировали в течение 10 минут при комнатной температуре с помощью спрея-фиксатора на спиртовой основе для цито-диагностики (спрей-фиксатор M-Fix). Для анализа изображений фиксированные образцы были оцифрованы с помощью сканера (Nanozoomer-RS C110730, Hamamatsu) и проанализированы с использованием программного обеспечения для анализа изображений NDP view (Hamamatsu).
Статистический анализ
Данные были проанализированы с помощью Graphpad Prism версии 8.4 и RStudio. Из-за небольшого размера выборки все распределения считались ненормальными, и для статистического анализа применялись непараметрические тесты. Парные сравнения между образцами до и после лечения (базисные и 4 дня) проводились с помощью парного рангового критерия Вилкоксона. Сравнение условий лечения (носитель против метопролола) в начале или после лечения проводилось с помощью непарного U-критерия Манна-Уитни. Для гемодинамики и функциональных параметров во время введения метопролола различия на исходном уровне или до введения болюсов рассчитывались с помощью непараметрического критерия хи-квадрат Фридмана с поправкой на тест Дурбина-Коновера для парных сравнений. Для категориальных данных процентное соотношение сравнивалось точными методами. Различия считались статистически значимыми при значениях P ниже 0,05.
Полученные результаты
Характеристики пациента
В период с 19 октября 2020 г. по 19 января 2021 г. в исследование было включено 20 пациентов; 12 были рандомизированы в группу метопролола, а 8 - в группу контроля. Не было межгрупповых различий по исходным характеристикам (таблица 1). Все пациенты получали лечение во время поступления в ОИТ кортикостероидами (дексаметазон 6 мг в день), антикоагулянтами, мелатонином и ацетилцистеином. Перед включением в исследование все пациенты (за исключением 1 в группе метопролола) получали болюсную и поддерживающую дозу кортикостероидов (метилпреднизолон и / или дексаметазон) в палате до поступления в отделение интенсивной терапии без различий между группами.
Таблица 1
Patient Characteristics at Randomization
All | Metoprolol | Control | P Value | |
Age, y | 60 (53.8, 68) | 60 (57.8, 68.5) | 58.5 (43.3, 65.8) | 0.354 |
Male | 13 (65.0) | 8 (66.7) | 5 (62.5) | 1.000 |
BMI, kg/m2 | 27.1 (25.3, 31.1) | 26.8 (25.1, 30.4) | 27.1 (26.2, 31.5) | 0.422 |
Comorbidities | ||||
Hypertension | 6 (30.0) | 4 (33.3) | 2 (25.0) | 1.000 |
Diabetes | 2 (10.0) | 2 (16.7) | 0 (0.0) | 0.648 |
Smokers | 3 (15.0) | 1 (8.3) | 2 (25.0) | 0.701 |
Dyslipidemia | 6 (30.0) | 4 (33.3) | 2 (25.0) | 1.000 |
Previous treatment | ||||
RAS inhibitors | 5 (25.0) | 3 (25.0) | 2 (25.0) | 1.000 |
Anticoagulants | 0 (0.0) | 0 (0.0) | 0 (0.0) | 1.000 |
Values are median (Q1, Q3) or n (%).
BMI = body mass index; RAS = renin-angiotensin system.
Из пациентов, рандомизированных для приема метопролола, 11 получали все запланированные внутривенные дозы (15 мг в день в течение 3 дней). Оставшийся пациент получил 15 мг метопролола в первые 2 дня, но не в третий, потому что частота сердечных сокращений была <50 ударов в минуту из-за усиленной седации (начало приема пропофола). БАЛ проводился без осложнений у всех пациентов до и через 24 часа после лечения. Клинические лабораторные анализы на исходном уровне и после лечения представлены в дополнительной таблице 1.
Сердечно-сосудистая безопасность внутривенного введения метопролола пациентам с ОРДС на ИВЛ
В целом доказано, что внутривенное введение β-адреноблокаторов безопасно, за исключением пациентов с острой помпой. Учитывая сердечно-сосудистые эффекты метопролола, пациенты наблюдались инвазивно и с помощью эхокардиографии до и каждый день после инъекции метопролола / контроля. Как и ожидалось, метопролол значительно снижал частоту сердечных сокращений (P <0,01) и систолическое артериальное давление, измеренное инвазивно (P <0,05), хотя оба показателя оставались в пределах физиологического диапазона (дополнительная таблица 2). Эхокардиография не показала ухудшения показателей сердечной функции после лечения метопрололом (дополнительная таблица 3). В целом было показано, что внутривенное введение метопролола безопасно и не вызывает побочных эффектов у пациентов с тяжелой формой COVID-19 с ОРДС на IMV.
Введение метопролола ослабляет вызванное нейтрофилами воспаление легких.
Чтобы оценить способность метопролола ослаблять нейтрофильно-опосредованное обострение воспаления легких, мы проанализировали популяции лейкоцитов в образцах БАЛ с помощью проточной цитометрии на исходном уровне и на 4-й день. На исходном уровне метопролол и контрольная группы не показали различий в содержании нейтрофилов в БАЛ (дополнительный рисунок 1). Напротив, на 4 день (после 3 дней лечения метопрололом / контрольной группой) содержание нейтрофилов было значительно ниже в БАЛ у пациентов из группы метопролола, чем у пациентов, рандомизированных в контроль (медиана: 14,3 нейтрофилов / мкл [Q1, Q3: 4,63, 265 нейтрофилов / мкл] против медианы: 397 нейтрофилов / мкл [Q1, Q3: 222, 1346 нейтрофилов / мкл]; P = 0,016). На 4-й день БАЛ у пациентов, получавших метопролол, также имел более низкое общее содержание воспалительных клеток и более низкое содержание моноцитов / макрофагов, тогда как лимфоциты не различались между группами (рис. 1А). Мы дополнительно исследовали влияние метопролола на МСР-1 в БАЛ, поскольку было показано, что этот хемокин способствует развитию легочного фиброза на поздних стадиях ОРДС (32,33). MCP-1 в бесклеточном БАЛ был значительно ослаблен после 3 дней лечения метопрололом (медиана: 298 пг / мл [Q1, Q3: 236, 350 пг / мл] против медианы: 203 пг / мл [Q1, Q3: 175, 258 пг / мл] для исходного уровня и на 4-й день соответственно; P = 0,009), тогда как у контрольных пациентов он оставался неизменным (рис. 1B). Напротив, изменения в IL-8 и -6 в бесклеточном БАЛ не различались между группами лечения (дополнительный рисунок 2).
Metoprolol Disrupts COVID-19–Associated Exacerbated Lung Inflammation
(A) Day 4 inflammatory cell populations in BAL from control and metoprolol-treated severe COVID-19 patients. Dots represent individuals and bars and error bars show mean values (boxes) ± SD (error bars). ∗P < 0.05 by unpaired Student's t-test. (B) Attenuation of MCP-1 in cell-free BAL from metoprolol-treated patients. (C) Attenuation of neutrophil hyperactivation biomarkers (Cit-H3 and MPO-DNA complexes) in cell-free BAL from metoprolol-treated patients. Data are presented as individuals’ (dots) paired data between days 1 and 4. ∗∗P < 0.01 by paired Student's t-test. (D)Representative images of Giemsa-stained BAL samples from control and metoprolol-treated patients at day 4. Scale bar, 50 μm. Control, n = 8; metoprolol, n = 12. BAL = bronchoalveolar lavage; Cit-H3 = citrullinated histone-3; COVID-19 = coronavirus disease-2019; MCP = monocyte chemoattractant protein; MPO = myeloperoxidase.
Чрезмерная активация нейтрофилов в легких связана с образованием NET и высвобождением активных форм кислорода и протеолитических ферментов, которые могут вызывать тяжелые эпителиальные и эндотелиальные повреждения (2,34). Чтобы изучить, снижает ли разрушающий воспаление эффект метопролола продукцию этих побочных продуктов активации нейтрофилов, мы измерили маркеры NETosis Cit-H3 и комплексы MPO-ДНК. Уровни обоих маркеров снизились на 4-й день БАЛ у пациентов, получавших метопролол (P = 0,005 и P = 0,086 по сравнению с исходным уровнем, соответственно), тогда как изменений в БАЛ у контрольных пациентов не наблюдалось (рис. 1С). Более низкое образование NET и воспалительное содержание в группе метопролола было подтверждено окрашиванием по Гимзе (рис. 1D). Мы не обнаружили различий в содержании внеклеточной ДНК (дополнительный рисунок 3), что, вероятно, отражает ее неспецифический характер как биомаркера НЕТоза (3).
Чтобы определить, связана ли ослабленная инфильтрация иммунных клеток в легких с системным эффектом, мы оценили изменения в циркулирующих уровнях хемокинов, которые, как известно, заметно повышены у пациентов с тяжелой формой COVID-19 (34). Трехдневное лечение метопрололом было связано со значительным снижением циркулирующих концентраций провоспалительного цитокина IL-8 (медиана: 94,4 пг / мл [Q1, Q3: 72,1, 168 пг / мл] против медианы: 80,1 пг / мл. / мл [Q1, Q3: 69,5, 85,2 пг / мл] для исходного уровня и дня 4, соответственно; P = 0,003), тогда как в контроле изменений не наблюдалось (дополнительный рисунок 4). Метопролол не оказывал значительного влияния на уровни циркулирующего IL-6 (дополнительный рисунок 4) или маркеры нетоза (дополнительный рисунок 5).
Лечение метопрололом улучшает дыхательную функцию
Оксигенацию измеряли как соотношение между парциальным давлением артериального кислорода и фракционным вдыхаемым кислородом (PaO2: FiO2). Параметры оксигенации на исходном уровне и после лечения показаны в таблице 2. Исходно оксигенация была хуже у пациентов, рандомизированных для приема метопролола, чем в контрольной группе, несмотря на более высокий FiO2. После 3-дневного лечения метопрололом PaO2 значительно улучшился (медиана: 87,5 мм рт. Ст. [Q1, Q3: 78,8, 110 мм рт. соответственно; P = 0,017). Лечение метопрололом также значительно улучшило PaO2: FiO2 (медиана: 130 [Q1, Q3: 110, 162] против медианы: 267 [Q1, Q3: 199, 298] на исходном уровне и на 4-й день, соответственно; P = 0,007). Напротив, у контрольных субъектов PaO2 и PaO2: FiO2 ухудшились, хотя изменение не достигло статистической значимости (P = 0,107 и P = 0,363 по сравнению с исходным уровнем, соответственно) (Рисунки 2A и 2B).
Table 2
Baseline and Post-Treatment Ventilation Parameters
Baseline | Day 4 | |||||
Metoprolol | Control | PValue | Metoprolol | Control | PValue | |
PaO2, mm Hg | 87.5 (78.8, 110.0) | 104.0 (93.0, 122) | 0.105 | 108.0 (98.3, 139.0) | 83.5 (77.3, 92.5) | 0.004 |
PaCO2, mm Hg | 48.5 (43.8, 52.5) | 47 (41.5, 48.8) | 0.562 | 51.0 (46.5, 53.3) | 47.0 (45.3, 50.5) | 0.353 |
PEEP, cm H2O | 12.0 (10.0, 12.5) | 13.0 (10.0, 14.0) | 0.625 | 10.0 (9.00, 12.0) | 11.0 (10.0, 12.0) | 0.666 |
FiO2 | 0.60 (0.5, 0.75) | 0.48 (0.44, 0.60) | 0.241 | 0.40 (0.39, 0.53) | 0.43 (0.40, 0.57) | 0.634 |
PaO2/FiO2, | 130 (110, 162) | 223 (188, 242) | 0.076 | 267 (199, 298) | 163 (145, 209) | 0.037 |
Lactic acid, mmol/L | 1.3 (1.2, 1.8) | 1.2 (0.98, 2.00) | 0.785 | 1.4 (1.20, 1.73) | 1.9 (1.50, 2.05) | 0.094 |
pH | 7.41 (7.38, 7.42) | 7.42 (7.37, 7.45) | 0.485 | 7.43 (7.40, 7.46) | 7.41 (7.38, 7.44) | 0.461 |
Values are median (Q1, Q3). Bold indicates statistical significance.
FiO2 = fraction of inspired oxygen; PaCO2 = partial pressure of carbon dioxide; PaO2 = partial pressure of oxygen; PEEP = positive end-expiratory pressure.
Metoprolol Rescues Pulmonary Function in ICU Patients With Severe COVID-19
(A and B) Improved oxygenation (PaO2 and PaO2:FiO2) in patients receiving metoprolol, but not those in the control group. Data are presented as individuals’ (dots) paired data between days 1 and 4. ∗P < 0.05, ∗∗P < 0.01 by paired Student's t-test. (C) Days spent by severe COVID-19 patients on IMV and in the ICU according to allocation to IV metoprolol or control (no treatment). Control, n = 8; metoprolol, n = 12. FiO2 = fraction of inspired oxygen; ICU = intensive care unit; IMV = invasive mechanical ventilation; PAFI = PaO2:FiO2 ratio; other abbreviations as in Figure 1.
Пациенты, рандомизированные для приема метопролола, проводили меньше дней на ИВЛ, хотя эта разница не достигла статистической значимости (15,5 ± 7,6 дней против 21,9 ± 12,6 дней в группе метопролола и контрольной группе соответственно; P = 0,17). Аналогичная тенденция наблюдалась в течение дней поступления в ОИТ после включения в исследование (14,5 ± 7,2 дня против 21,4 ± 13,4 дня в группе метопролола и контрольной группе, соответственно; P = 0,15) (рис. 2C). Все пациенты были выписаны из отделения интенсивной терапии, и по одному пациенту в каждой группе умер до выписки из больницы.
Обсуждение
Пандемия COVID-19 и связанная с ней ОРДС ложатся огромным бременем на системы здравоохранения. Помимо высокой смертности, ОРДС, связанное с COVID-19, приводит к длительной госпитализации в ОИТ, что способствует повышению заболеваемости выживших и высоким расходам на больницу. Текущий подход к этим пациентам в основном основан на защитном IMV (35,36), который обеспечивает достаточный газообмен при минимальном повреждении альвеол. За исключением дексаметазона, который показал многообещающие результаты в ранних испытаниях (37), не существует методов лечения, специально нацеленных на обострение воспаления при ОРДС (38).
В этом исследовании мы представляем влияние трехдневного внутривенного введения метопролола на воспаление легких у пациентов с COVID-19 с ОРДС. Пилотное исследование MADRID-COVID показывает следующее: 1) внутривенное введение клинически одобренного β-блокатора метопролола тартрата безопасно в данном клиническом контексте; 2) лечение метопрололом снимает обострение воспаления легких, связанное с этим заболеванием; и 3) разрушительный эффект на обострение воспаления связан с лучшей оксигенацией и, как следствие, меньшим количеством дней в IMV и в отделении интенсивной терапии (центральная иллюстрация). Эти данные свидетельствуют о том, что использование метопролола для лечения ОРДС у пациентов с COVID-19 является безопасной и недорогой стратегией с потенциалом улучшения результатов.
Metoprolol Repurposing for Treating ARDS in Critically Ill COVID-19 Patients
Reduced lung inflammation was associated with a significant improvement in oxygenation and fewer days on mechanical ventilation and of intensive care unit admission. Repurposing metoprolol for the treatment of acute respiratory distress syndrome associated with coronavirus disease-2019 (COVID-19) appears to be a safe and inexpensive strategy that can alleviate the burden of the COVID-19 pandemic.
Настоящее исследование основано на нашем обширном опыте в области ишемии / реперфузионного повреждения миокарда. Ранее мы продемонстрировали, что метопролол защищает сердце во время продолжающегося инфаркта миокарда, подавляя нейтрофилы и снимая обострение воспаления (20,24). Выявление этого кардиозащитного механизма дало возможность использовать метопролол для лечения других острых состояний, в которых играет роль обострение воспаления, как в случае ОРДС, связанного с COVID-19. Настоящее исследование подчеркивает важность знания механизма действия давно зарекомендовавших себя лекарств для определения других потенциальных показаний.
Пациенты с тяжелой формой COVID-19 поступают с двусторонней пневмонией, которая может привести к респираторному дистресс-синдрому, требующему IMV. Связанный с COVID-19 ОРДС характеризуется активной инфильтрацией нейтрофилов в альвеолярное пространство, что способствует обострению воспаления, что приводит к цитокиновому шторму и гипоксемии (8,34). Таким образом, инфильтрация нейтрофилов является основным фактором плохого прогноза для этих пациентов. Таким образом, смягчение иммунной дисрегуляции является основным терапевтическим средством лечения и профилактики тяжелого COVID-19.
В нескольких исследованиях была проверена потенциальная польза β-адреноблокаторов при сепсисе / септическом шоке. Данные ретроспективных наблюдений свидетельствуют о том, что пациенты, поступившие с септическим шоком и ранее получавшие поддерживающую терапию β-адреноблокаторами, имеют лучший жизненный прогноз, чем те, кто не принимал β-блокаторы до госпитализации (13). Кроме того, в небольших проспективных клинических исследованиях была проверена эффективность внутривенных бета-адреноблокаторов у пациентов с сепсисом (12,39, 40, 41). Выводы большинства этих исследований заключаются в том, что β-адреноблокаторы обладают клиническими преимуществами.
При анализе различных экспериментальных моделей обострения воспаления мы совсем недавно показали, что не все β1-селективные блокаторы оказывают одинаковое влияние на биологию нейтрофилов. Из всех протестированных β-адреноблокаторов только метопролол значительно ослаблял обострение воспаления и уменьшал инфильтрацию нейтрофилов и взаимодействие с другими типами клеток (24). Эти результаты позиционируют метопролол как β-блокатор выбора в контексте обострения воспаления.
Настоящее исследование показывает, что трехдневное лечение метопрололом внутривенно снижает обострение воспаления у тяжелобольных пациентов с COVID-19 с ассоциированным ОРДС. Об этом свидетельствует ослабление инфильтрации иммунными клетками, особенно нейтрофилами, и снижение уровней связанных с ними провоспалительных и побочных продуктов НЕТоза (рис. 1), которые являются потенциальными факторами серьезного повреждения эпителия и эндотелия. Более низкая нейтрофильная инфильтрация у пациентов, получавших метопролол, сопровождалась значительным снижением циркулирующих уровней провоспалительного IL8, который оказывает хемотаксические и активирующие функции нейтрофилов, что свидетельствует о системном противовоспалительном эффекте этого лечения (дополнительный рисунок 4). Системные маркеры НЕТоза не были затронуты на 4-й день; однако нельзя исключать эффект в течение более длительного периода времени после лечения метопрололом (дополнительный рисунок 5). Улучшающий эффект метопролола на воспаление легких у пациентов с COVID-19 с ОРДС был связан с сильными показателями клинической пользы, продемонстрированной значительным улучшением оксигенации (PaO2: FiO2), не наблюдаемым у контрольных пациентов (рисунок 2). Эти результаты очень обнадеживают, но необходимы дальнейшие крупномасштабные испытания, чтобы подтвердить клинические преимущества метопролола в этом контексте. Учитывая, что нейтрофилы играют важную роль в патофизиологии ОРДС многих причин (не только связанных с COVID-19), дальнейшие крупные валидационные исследования могут включать широкий спектр пациентов с этим заболеванием.
Пилотное исследование MADRID-COVID продемонстрировало, что внутривенное введение клинически одобренного β-блокатора метопролола тяжелобольным пациентам с ОРДС, вызванным COVID-19, безопасно и разрушает обострение воспаления легких, связанное с этим заболеванием. Благоприятное воздействие на обострение воспаления было связано с улучшением оксигенации и незначительным сокращением количества дней на ИВЛ и в отделении интенсивной терапии. Внутривенное введение метопролола представляется многообещающим вмешательством, которое может улучшить прогноз тяжелобольных пациентов с COVID-19. Хотя эти данные необходимо подтвердить на более крупной выборке, метопролол - это клинически доступный и дешевый препарат (ежедневные расходы на лечение <2 евро), который может улучшить результаты у пациентов с тяжелой формой COVID-19.
Ограничения исследования
Основное ограничение этого исследования - небольшой размер выборки. Исследование было направлено на выявление различий в воспалении легких, а не в клинических проявлениях. Еще одно ограничение - одноцентровый характер исследования. Это было открытое исследование, и лечащие врачи не скрывали назначения лечения. Наконец, мы не можем исключить систематическую ошибку отбора, приводящую к тому, что пациенты с очень плохим состоянием, по мнению врачей, не рассматриваются для включения.
Выводы
Наши результаты показывают, что внутривенное введение метопролола пациентам с тяжелым ОРДС, связанным с COVID-19, безопасно и снимает обострение воспаления легких, связанное с этим заболеванием. Уменьшение воспаления легких было связано со значительным улучшением оксигенации и тенденцией к меньшему количеству дней на ИВЛ и госпитализации в ОИТ. Использование метопролола для лечения ОРДС, связанного с COVID-19, является безопасным и дешевым вмешательством, которое может помочь облегчить огромное бремя личной и медицинской помощи, связанное с пандемией.
Перспективы
КОМПЕТЕНТНОСТЬ В ОБЛАСТИ УХОДА ЗА ПАЦИЕНТОМ И ПРОЦЕДУРНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ: У тяжелобольных пациентов с COVID-19, находящихся на искусственной вентиляции легких, внутривенное введение метопролола при поступлении в отделение интенсивной терапии безопасно и улучшает легочную функцию и клинический исход.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕВОДА: Необходимы будущие исследования с более крупными выборками, чтобы подтвердить пользу метопролола у пациентов в критическом состоянии с COVID-19 и, возможно, с ОРДС другой воспалительной этиологии.
Финансовая поддержка и раскрытие информации об авторах
Г-ну Клементе-Морагону оказывает стипендия Министерства науки и технологий (FPU2017 / 01932). CNIC поддерживается ISCIII, Ministerio de Ciencia e Innovación и Pro CNIC Foundation. Д-р Ибаньес поддерживается Европейской комиссией (грант ERC-CoG № 819775) и Министерством науки и инноваций Испании (MCN; грант «RETOS 2019» № PID2019-107332RB-I00). Д-р Оливер получает поддержку из средств Мадридской программы по обучению талантам (2017-T1 / BMD-5185). Все другие авторы сообщили, что у них нет отношений, имеющих отношение к содержанию этой статьи, которые следует раскрывать.
Благодарности
Авторы благодарят следующих за их важную поддержку во время этого исследования: Ноэми Эскалера, Росио Эскудеро и Антонио де Молина-Ирачета из CNIC; и Луис Ньето, Ана Мария Венегас, Хосе Туньон, Игнасио Корнехо, Сандра Засо и Федерико Рохо в Фонде Хименеса Диаса. Саймон Бартлетт выполнил монтаж на английском языке.
Использованная литература
1. Ritter M., Ott D.V.M., Paul F., Haynes J.D., Ritter K. COVID-19: a simple statistical model for predicting intensive care unit load in exponential phases of the disease. Sci Rep. 2021;11:5018.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
2. Middleton E.A., He X.Y., Denorme F. Neutrophil extracellular traps contribute to immunothrombosis in COVID-19 acute respiratory distress syndrome. Blood. 2020;136:1169–1179. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
3. Zuo Y., Yalavarthi S., Shi H. Neutrophil extracellular traps in COVID-19. JCI Insight. 2020;5[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
4. Thompson B.T., Chambers R.C., Liu K.D. Acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2017;377:562–572. [PubMed] [Google Scholar]
5. Cavalcante-Silva L.H.A., Carvalho D.C.M., Lima E.A. Neutrophils and COVID-19: the road so far. Int Immunopharmacol. 2021;90:107233. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
6. Borges L., Pithon-Curi T.C., Curi R., Hatanaka E. COVID-19 and neutrophils: the relationship between hyperinflammation and neutrophil extracellular traps. Mediators Inflamm. 2020;2020:8829674.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
7. Standiford T.J., Ward P.A. Therapeutic targeting of acute lung injury and acute respiratory distress syndrome. Transl Res. 2016;167:183–191. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
8. Chiang C.C., Korinek M., Cheng W.J., Hwang T.L. Targeting neutrophils to treat acute respiratory distress syndrome in coronavirus disease. Front Pharmacol. 2020;11:572009. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
9. Tomar B., Anders H.J., Desai J., Mulay S.R. Neutrophils and neutrophil extracellular traps drive necroinflammation in COVID-19. Cells. 2020;9:1383. doi: 10.3390/cells9061383. [PMC free article][PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
10. Schulte-Schrepping J., Reusch N., Paclik D. Severe COVID-19 is marked by a dysregulated myeloid cell compartment. Cell. 2020;182:1419–1440.e23. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
11. Martinez-Milla J., Raposeiras-Roubin S., Pascual-Figal D.A., Ibanez B. Role of beta-blockers in cardiovascular disease in 2019. Rev Esp Cardiol (Engl Ed) 2019;72:844–852. [PubMed] [Google Scholar]
12. Chacko C.J., Gopal S. Systematic review of use of beta-blockers in sepsis. J Anaesthesiol Clin Pharmacol. 2015;31:460–465. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
13. Tan K., Harazim M., Tang B., McLean A., Nalos M. The association between premorbid beta blocker exposure and mortality in sepsis-a systematic review. Crit Care. 2019;23:298. [PMC free article][PubMed] [Google Scholar]
14. Oliver E., Mayor F., Jr., D'Ocon P. Beta-blockers: historical perspective and mechanisms of action. Rev Esp Cardiol (Engl Ed) 2019;72(10):853–862. [PubMed] [Google Scholar]
15. Noveanu M., Breidthardt T., Reichlin T. Effect of oral beta-blocker on short and long-term mortality in patients with acute respiratory failure: results from the BASEL-II-ICU study. Crit Care. 2010;14:R198.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
16. Cotton B.A., Snodgrass K.B., Fleming S.B. Beta-blocker exposure is associated with improved survival after severe traumatic brain injury. J Trauma. 2007;62:26–33. discussion 33-5. [PubMed] [Google Scholar]
17. Inaba K., Teixeira P.G., David J.S. Beta-blockers in isolated blunt head injury. J Am Coll Surg. 2008;206:432–438. [PubMed] [Google Scholar]
18. Christensen S., Johansen M.B., Tonnesen E. Preadmission beta-blocker use and 30-day mortality among patients in intensive care: a cohort study. Crit Care. 2011;15:R87. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
19. van der Jagt M., Miranda D.R. Beta-blockers in intensive care medicine: potential benefit in acute brain injury and acute respiratory distress syndrome. Recent Pat Cardiovasc Drug Discov. 2012;7:141–151.[PubMed] [Google Scholar]
20. Garcia-Prieto J., Villena-Gutierrez R., Gomez M. Neutrophil stunning by metoprolol reduces infarct size. Nat Commun. 2017;8:14780. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
21. Garcia-Ruiz J.M., Fernandez-Jimenez R., Garcia-Alvarez A. Impact of the timing of metoprolol administration during STEMI on infarct size and ventricular function. J Am Coll Cardiol. 2016;67:2093–2104. [PubMed] [Google Scholar]
22. Pizarro G., Fernandez-Friera L., Fuster V. Long-term benefit of early pre-reperfusion metoprolol administration in patients with acute myocardial infarction: results from the METOCARD-CNIC Trial (Effect of Metoprolol in Cardioprotection During an Acute Myocardial Infarction) J Am Coll Cardiol. 2014;63:2356–2362. [PubMed] [Google Scholar]
23. Ibanez B. Intravenous beta-blockers in STEMI: what you are about to do, do it quickly. Eur Heart J Acute Cardiovasc Care. 2020;9:459–461. [PubMed] [Google Scholar]
24. Clemente-Moragon A., Gomez M., Villena-Gutierrez R. Metoprolol exerts a non-class effect against ischaemia-reperfusion injury by abrogating exacerbated inflammation. Eur Heart J. 2020;41:4425–4440.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
25. Smith P.J., Wiltshire M., Errington R.J. DRAQ5 labeling of nuclear DNA in live and fixed cells. Curr Protoc Cytom. 2004 Chapter 7:Unit 7.25. [PubMed] [Google Scholar]
26. Martin R.M., Leonhardt H., Cardoso M.C. DNA labeling in living cells. Cytometry A. 2005;67:45–52.[PubMed] [Google Scholar]
27. Mandy F., Brando B. Enumeration of Absolute Cell Counts Using Immunophenotypic Techniques. Curr Protoc Cytom. 2000;13:6.8.1–6.8.26. [Google Scholar]
28. Kessenbrock K., Krumbholz M., Schonermarck U. Netting neutrophils in autoimmune small-vessel vasculitis. Nat Med. 2009;15:623–625. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
29. Zuo Y., Zuo M., Yalavarthi S. Neutrophil extracellular traps and thrombosis in COVID-19. J Thromb Thrombolysis. 2021;51:446–453. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
30. Malachowa N., Kobayashi S.D., Freedman B., Dorward D.W., DeLeo F.R. Staphylococcus aureus leukotoxin GH promotes formation of neutrophil extracellular traps. J Immunol. 2013;191:6022–6029.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
31. Vargas A., Boivin R., Cano P., Murcia Y., Bazin I., Lavoie J.P. Neutrophil extracellular traps are downregulated by glucocorticosteroids in lungs in an equine model of asthma. Respir Res. 2017;18:207.[PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
32. Hartl D., Griese M., Nicolai T. A role for MCP-1/CCR2 in interstitial lung disease in children. Respir Res. 2005;6:93. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
33. He C., Carter A.B. C(C)Learing the Role of Chemokines in Pulmonary Fibrosis. Am J Respir Cell Mol Biol. 2020;62:546–547. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
34. Pandolfi L., Fossali T., Frangipane V. Broncho-alveolar inflammation in COVID-19 patients: a correlation with clinical outcome. BMC Pulm Med. 2020;20:301. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
35. Haas C.F. Lung protective mechanical ventilation in acute respiratory distress syndrome. Respir Care Clin N Am. 2003;9:363–396. [PubMed] [Google Scholar]
36. Gong M.N., Ferguson N.D. Lung-protective ventilation in acute respiratory distress syndrome. How soon is now? Am J Respir Crit Care Med. 2015;191:125–126. [PubMed] [Google Scholar]
37. Villar J., Ferrando C., Martinez D. Dexamethasone treatment for the acute respiratory distress syndrome: a multicentre, randomised controlled trial. Lancet Respir Med. 2020;8:267–276. [PubMed] [Google Scholar]
38. Baudouin S.V. Manipulation of inflammation in ARDS: achievable goal or distant target? Thorax. 2006;61:464–465. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
39. Schmittinger C.A., Dunser M.W., Haller M. Combined milrinone and enteral metoprolol therapy in patients with septic myocardial depression. Crit Care. 2008;12:R99. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
40. Morelli A., Donati A., Ertmer C. Microvascular effects of heart rate control with esmolol in patients with septic shock: a pilot study. Crit Care Med. 2013;41:2162–2168. [PubMed] [Google Scholar]
41. Morelli A., Ertmer C., Westphal M. Effect of heart rate control with esmolol on hemodynamic and clinical outcomes in patients with septic shock: a randomized clinical trial. JAMA. 2013;310:1683–1691.[PubMed] [Google Scholar]
Ссылка: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8404624/
doi: 10.1016/j.jacc.2021.07.003