Radiologisk och histologisk bild för en ökad förståelse vid covid-19

På kort tid har covid-19, sjukdomen som orsakas av sars-cov-2-viruset, haft en mycket stor spridning och påverkan på vårt samhälle, vilket medfört både oro och intresse för viruset. Som uppföljning till tidigare artikel i Läkartidningen om klinisk bild och behandling vid covid-19 [1] sammanfattar vi här det aktuella kunskapsläget om radiologisk och histologisk bild. Båda modaliteter ger ögonblicksbilder, men kan bidra till förståelse av patofysiologin och kompletterar varandra genom att ge delvis olika information. 

Radiologisk bild

Covid-19 har på datortomografi (DT) ett mönster som särskiljer den från många andra pulmonella infektioner, vilket kan vara vägledande vid misstanke om covid-19 – utan att ersätta polymeraskedjereaktion (PCR) som alltjämt eftersträvas för diagnos [2]. Mest utmärkande är den i huvudsak perifera distributionen av förändringar, se Fakta 1. Distributionen korrelerar väl mot patofysiologin som tidigare beskrivits i Läkartidningen [1] och speglar sars-cov-2-virusets förmåga till invasion av de nedre luftvägarna.

Tidigt i förloppet ses så kallade »ground glass«-förändringar (opaka förändringar) som typiskt är perifera, subpleurala och bilaterala [2-5]. Se Figur 1 för exem­pel samt Fakta 2 för terminologi. Perifert belägna ground glass-förändringar har påvisats med DT hos patienter redan innan symtom uppstått från lungorna [6, 7]. Allteftersom sjukdomen fortskrider anas förtätningar perifert även på lungröntgen. Lungröntgen har dock generellt en sämre sensitivitet [8], och fynden är här inte lika specifika. I tidigt skede kan förändringarna vara unilaterala för att senare (ofta 1/2–1 vecka efter symtomdebut [7, 9]) bli bilaterala, vilket därigenom kan bli indikativt för var i sjukdomsförloppet patienten befinner sig.

Senare i förloppet (ofta 1–2 veckor efter symtomdebut [7, 9]) tätnar dessa ground glass-områden och blir helt eller delvis konsoliderade. De ofta rundade konsolideringarna har karaktäristiska luftbronkogram. Dilatation av bronker är vanligt förekommande och indikerar inslag av fibros, se Figur 2. Histologiskt ses i detta skede lucker fibros, vilken är potentiellt reversibel. Ofta framträder ett perilobulärt mönster som kan liknas vid arkader som sträcker sig mot pleuran. Mer sällan ses rundade ground glass-områden omgivna av ring- eller skärformad förtätning, så kallade »reverse halo sign«. Dessa fynd liknar radiologiskt dem vid organiserande pneumoni [10-12], vilket har uppmärksammats vid covid-19 av bland andra Wu et al [13], och stöds även av den histologiska bilden [14]. Detta är lungans försök till reparation genom profibrotiskt svar, med bildande av fibroblastpluggar i alveolarrummen och ibland fibroblastökning interstitiellt, vilket ytterligare försvårar syresättningen hos patienter.

Invasionen av de nedre luftvägarna kan i de svårare fallen inducera ett hyperreaktivt immunologiskt svar (cytokinstorm) och genom destruktion av alveolarväggen leda till akut lungskada (ALI, acute lung injury) eller till akut andningssviktsyndrom (ARDS, acute respiratory distress syndrome) [15-17]. På DT ser man i detta stadium ground glass-områden där det framträder ett överlagrande retikulärt mönster. De sekundära lunglobuli blir då möjliga att avgränsa till följd av förtjockning av interlobulära septa och ground glass i parenkymet som avgränsas av dessa. Kombinationen av ground glass och retikulärt mönster kallas »crazy paving« och motsvaras radiologiskt och histopatologiskt av diffus alveolär skada (DAD, diffuse alveolar damage) [18]. Se Figur 3 för exempel på DT-fynd vid uttalad sjukdom samt Fakta 2 för terminologi.

Histologisk bild

Kunskap om histologiska fynd i lunga vid tidig fas eller lättare covid-19-sjukdom baseras på ett par asymtomatiska patienter som opererades för lungcancer, och där det i efterförloppet konstaterades att covid-19 också förelegat [14].

Hos båda patienterna rapporterades ödem i alveolarrummen, vilket typiskt är det första tecknet som är synligt i vanligt ljusmikroskop. Detta ödem uppstår genom ökad permeabilitet genom barriären av kapillärt endotel och alveolärt epitel i alveolarsepta och motsvarar bilden av ground glass på DT. Det syntes också i båda fallen fokal fibrinutfällning i alveolarrummen, i typiskt  rundade formationer som fibrinpluggar. Mononukleära celler (lymfocyter och monocyter/makrofager) rapporterades fokalt i fibrinet. Även inslag av lätt förtjockning av alveolarsepta med lindrig kronisk inflammation (företrädesvis lymfocyter) interstitiellt förekom. Patientfallen visade lätt till uttalad reaktiv hyperplasi av typ II-pneumocyter, vissa med misstänkta virusinklusioner. 

I ett av fallen förekom fibroblastökning i alveolarsepta samt fokala rundade formationer med lucker fibroblast- och kärlrik fibros i alveolarrummen, så kallade fibroblastpluggar. Detta benämns mer korrekt organiserande pneumoni och motsvarar granulationsvävnad (och konsolidering på DT). Tillståndet representerar en fibrotisk läkningsprocess som sannolikt inte alltid uppstår vid infektioner. Normalförloppet i senare skede är successiv resorption av den luckra fibrosen, men om detta inte sker så kommer kollagena fibrer att bildas och fibrosen kan förmodligen inte längre tillbakabildas. 

Enstaka multinukleära jätteceller rapporteras också i covid-19-fallen, men ingen granulombildning. Jätteceller av histiocytär typ är, om de förekommer isolerade, ett ospecifikt fynd och ses vid ett stort antal tillstånd, bland annat vissa virusinfektioner (till exempel morbilli, adenovirus, herpes simplex, varicella zoster, sars-cov-1, respiratoriskt syncytialvirus och Nipahvirus). För de opererade patienterna visas inte bilder på jättecellerna, men beskrivningen passar med histiocytära jätteceller (se dock även nedan). 

Lungvävnad från patienter som avlidit i allvarlig covid-19 har kunnat undersökas genom postmortala lungbiopsier [16, 19-21] eller obduktion [22-26]. Makroskopiskt har lungorna varit tunga och »fasta« med ödem och skummig vätska eller (i några fall) slem i luftvägar samt blödning i lungparenkymet, förekomst av perifera tromber/embolier och serös pleuravätska [21, 25, 26]. 

Mikroskopiskt uppstår vid akut lungskada initialt alveolärt ödem och fibrinutfällningar. Uppkommer hyalina membran, vilka är rester av nekrotiskt epitel och endotel samt fibrin (i mikroskopet strukturellt »glasartade«, härav termen hyalin), så definieras tillståndet som diffus alveolär skada. Detta rapporteras i de flesta fall av allvarlig covid-19. Typiskt vid infektionen är också fläckvis kronisk inflammation (lymfocyter och monocyter/makrofager), avlossat epitel, reaktiva typ II-pneumocyter (där misstänkta virusinklusioner ibland diskuterats) och skivepitelmeta­plasi. Fokala blödningar har rapporterats i vissa av covid-19-fallen, liksom cirkulatorisk stas och fibrintromber i arterioler [22, 23, 26]. Fokalt minimalt inslag av neutrofiler har visats i ett par rapporter [26, 27], medan uttalad neutrofil infiltration, som vid sekundär bakteriell infektion, också förekommit [26]. Både histiocytära jätteceller i alveolarrum och jätteceller i form av mega­karyocyter har påvisats [22, 23]. 

Vid övergång från exsudativ (akut) till proliferativ (reparativ/organiserande) fas tillkommer lucker fibros, som vid diffus alveolär skada kan vara rundade formationer i alveolarrummen (motsvarande organiserande pneumoni) eller mer oregelbundna formationer som även är interstitiellt eller subpleuralt belägna. Se Figur 4 för typiskt förlopp vid diffus alveolär skada oavsett orsak, vilket även förefaller passa med utvecklingen vid covid-19. Som beskrivits ovan motsvaras detta radiologiskt av crazy paving. I den proliferativa fasen har ödemet typiskt försvunnit, och hyalina membran och senare inflammation brukar också försvinna efter hand (Figur 4). Efter fullt utvecklad diffus alveolär skada resorberas sannolikt inte all fibros, utan delar kan kvarstå med successiv förtätning (kollageninlagring). Här finns emellertid ännu inget underlag beträffande covid-19. 

I en fallserie rapporteras avsaknad av hyalina membran, men fibrin i lucker intraalveolär fibros, så kal­lad akut fibrinös organiserande pneumoni [21], vilket är ett sällsynt och relativt nyligen definierat tillstånd med flera olika etiologier [28]. 

Utifrån de presenterade fallen verkar det vid covid-19, precis som vid andra infektioner med diffus alveolär skada, vara vanligt med varierande stadier i olika områden inom lungorna. Vissa områden visar ödem och hyalina membran medan andra visar fibros, och motsvarande variation ses också radiologiskt.

Fallrapport

Hittills har få personer med covid-19 obducerats inom sjukvården. Vi presenterar här patologin från ett fall från Rättsmedicinalverket (med medgivande från anhöriga). Den avlidna var en 31-årig kvinna med potentiella riskfaktorer i form av juvenil artrit med immunsuppressiv behandling, tablettbehandlad hypertoni och obesitas. Två månader före insjuknandet behandlades hon med antikoagulantia för djup ventrombos i vänster underben. Hon avled i hemmet (varför ingen radiologisk bild finns för jämförelse) efter drygt 10 dagars förlopp med hosta, andnöd och feber. Makroskopiskt var lungorna ödematösa, tunga och »fasta« med en grovkullrig yta. I trakea och bronker sågs rikligt med skummig rödrosa vätska. Pleura var glatt och glansig och innehöll 30 ml klar rödrosa vätska på vardera sida. I perikardiet fanns 50 ml klar rödrosa vätska. Generellt noterades koagulerat blod i merparten av stora blodkärl. 

Mikroskopiskt sågs ett varierande och relativt lätt inslag av ödem (Figur 5A) och utbredda hyalina membran i samtliga undersökta vävnadsbitar från de olika lungloberna (Figur 5B–C). Det fanns även fibrinpluggar i alveolarrummen (Figur 5D) och diffust spridda alveolarmakrofager, varav en del atypiska. Det fanns rikligt med reaktiva epitelceller (Figur 5E) men inga tydliga virusinklusioner. Vidare sågs cirkulatorisk stas (synligt i Figur 5A–G) och utsvämning av erytrocyter i parenkymet (Figur 5E–F), men ingen järninlagring (som brukar ses inom 2–3 dagar från att blödning uppstått). På flera ställen sågs enstaka små flerkärniga celler i kapillärlumen förenliga med megakaryocyter (Figur 5F), men inga histiocytära jätteceller i alveolarrummen. Inga säkra mikroembolier kunde detekteras. Det fanns en generell gles monocytär inflammation, men ingen signifikant akut inflammation i lungparenkymet som vid samtidig bakteriell infektion (endast enstaka neutrofiler på något ställe). Ingen inflammation i bronker eller bronkioler sågs, och endast något enstaka mycket litet område med tillkomst av fibroblaster (Figur 5G) men ingen utbredd fibrosbildning. Fynden motsvarar dag 2–3 i Figur 4 och visar på ett fulminant förlopp med utbredd undergång av lungparenkymet utan tecken till organisation/reparativ respons.

Sammanfattning och framtiden

Vi har här sammanfattat nuvarande kunskapsläge avseende radiologiska och histologiska fynd och korrelationen mellan dessa. Detta kan öka förståelsen för tolkning av olika bildfynd, inklusive vad dessa kan stå för histologiskt och hur de indikerar var i processen av lungskada och läkning patienten befinner sig. Genom denna ökade förståelse kan bildfynd lättare klassificeras som typiska, ospecifika respektive atypiska för manifestation av covid-19. 

Kliniskt har en ökad benägenhet för tromboembo­liska händelser noterats med ökad frekvens av lungembolier, ischemisk stroke och eventuell förekomst av mikroembolisering. Detta röner forskningsmässigt ökad uppmärksamhet och påverkar handläggningen av denna patientgrupp. Bland andningspåverkade covid-19-patienter som genomgått DT-undersökning med intravenösa kontrastmedel har förekomst av lungartärembolier påvisats hos 23 procent [29], varför man vid DT bör överväga bildtagning i en kontrastfas som möjliggör bedömning av lungartärerna.

Histologiskt förefaller lungreaktionsmönstret vid allvarlig covid-19 vara närmast identiskt med andra orsaker till diffus alveolär skada. Variation i förekomst, omfattning och utbredning av olika fynd, liksom korrelation till kliniskt förlopp och olika riskfaktorer, är av intresse bland annat då flera publicerade fall, inklusive det ovan beskrivna, har visat fulminant diffus alveolär skada med relativt mycket hyalina membran medan andra visat få eller inga hyalina membran. 

Förekomst av multinukleära jätteceller är relativt ovanlig, medan mängd eller typ av inflammatoriska celler (mest histiocyter/makrofager och CD4-positiva T-lymfocyter) inte verkar skilja sig åt mellan covid-19 och annan virusorsakad diffus alveolär skada. Vidare är rapporterad förekomst av inflammation i små kärl [30], neutrofilers eventuella roll i sjukdomsförloppet [27] och huruvida det finns en koppling mellan histologisk bild och mängden cytokiner (som kan vara omfattande vid covid-19 [31, 32]) forskningsmässigt intressant. 

Vävnadsbaserade undersökningar är av potentiellt stort värde för bättre förståelse av covid-19 utöver ljusmikroskopiska fynd, till exempel genom molekylära undersökningsmetoder. Förhoppningsvis kan ökad tillgång till skyddsutrustning leda till att fler obduktioner genomförs och förutsättningar för vävnadsbaserad forskning optimeras genom ett utökat nationellt samarbete.