Störung der Mikrozirkulation bei COVID-19

Mit zunehmendem Verständnis der komplexen Pathophysiologie und der Dauer der Pandemie wird immer klarer, dass Coronavirus-Krankheit-2019 (COVID-19) mehr als nur eine virale Pneumonie ist. Konkret entwickeln COVID-19-Patienten nicht nur eine isolierte Lungenentzündung, die teilweise in einem akuten Atemnotsyndrom (ARDS) gipfelt, sondern weisen auch eine Vielzahl extrapulmonaler Symptome und Organversagen auf, wie z. B. akute Nierenschädigung (AKI), Herzschädigung, Koagulopathie und thromboembolische Komplikationen bis zum Kreislaufschock [3]. Frühe In-vitro-Experimente und postmortale Studien deuteten an, dass SARS-CoV‑2 (engl. „severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2“) möglicherweise an vaskulär exprimierte ACE2(angiotensinkonvertierendes Enzym 2)-Rezeptoren bindet und so direkt die Endothelzellen befallen kann [2]. Diese Vermutung und weitere klinische Befunde nährten die Hypothese, dass es sich bei COVID-19 primär um eine (mikro)vaskuläre Erkrankung handelt, bei der das Endothel und die Mikrozirkulation eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie und für den klinischen Verlauf spielen könnten.

Das Endothel und insbesondere seine schützende, kohlenhydratreiche Schicht – die endotheliale Glykokalyx (eGC) – regulieren die Homöostase der Mikrozirkulation [9]. In mehreren Tiermodellen ist bereits gezeigt worden, dass die Schädigung der eGC eine zentrale Rolle bei akuten und chronischen vaskulären Entzündungszuständen spielt. Beispielsweise scheint in der bakteriellen Sepsis die systemische Schädigung der eGC ein wesentlicher, vielleicht sogar der initiale Trigger für die Organdysfunktion (insbesondere akute Lungen- und Nierenschädigung) zu sein. Tatsächlich konnte in einem experimentellen Sepsismodel gezeigt werden, dass durch die Hemmung des enzymatischen Glykokalyxabbaus das Auftreten einer akuten Lungenschädigung vollständig verhindert werden kann [8].

Um die mikrovaskuläre bzw. endotheliale Schädigung bei COVID-19-Patienten genauer zu quantifizieren, führten wir eine multizentrische prospektive Studie durch. Insgesamt 23 COVID-19-Patienten, davon 14 unter invasiver Beatmung, wurden eingeschlossen und über einen Zeitraum von 60 Tagen oder bis zur Entlassung aus dem Krankenhaus nachverfolgt. Primärer Endpunkt war die 60-Tage-Krankenhaussterblichkeit, sekundäre Endpunkte waren die Entwicklung eines ARDS oder das Auftreten thromboembolischer Ereignisse. Als Kontrollen dienten 15 gesunde Probanden. Bei allen Studienteilnehmern erfolgten die Bestimmung von a priori ausgewählten Endothel- und Glykokalyxmarkern im Plasma sowie eine Visualisierung und Analyse der sublingualen Mikrogefäße mittels Intravitalmikroskopie.

Hierbei nutzen wir eine Sidestream-Darkfield-Kamera in Kombination mit einer speziell entwickelten Software (GlycoCheck®-System; Microvascular Health Solutions Inc., Alpine, UT, USA), um die Glykokalyxdicke sublingualer Kapillaren zu quantifizieren. Spezifisch kann damit direkt am Patientenbett die „perfused boundary region“ (PBR) errechnet werden. Die PBR entspricht dabei vereinfacht gesagt der Eindringtiefe der Erythrozyten in die endotheliale Glykokalyx. Eine niedrige PBR entspricht einer intakten Glykokalyx – hohe Werte sprechen für eine zunehmend zerstörte Glykokalyx. In eigenen Vorarbeiten an Notaufnahme- und Intensivpatienten konnten wir sowohl eine sehr gute und untersucherunabhängige Reproduzierbarkeit der Methode [4] sowie ihre hohe Präzision nachweisen [1, 7].

In der Originalarbeit „Microvascular dysfunction in COVID-19 patients: the MYSTIC study“ konnten wir erstmals detailliert die Kapillarschädigung bei COVID-19 beschreiben und zeigen, dass die Patienten eine schwere Abnahme der Kapillardichte und eine ausgeprägte Schädigung der eGC aufweisen [5].

Obwohl unsere Daten keine Kausalität beweisen können, ist es sehr wahrscheinlich, dass COVID-19 einen ausgeprägten vaskulären Phänotyp aufweist oder sogar eine neuartige vaskuläre Multisystemerkrankung darstellt. Eine genaue Quantifizierung der endothelialen Glykokalyxschäden könnte ein neuer Parameter für die Ergebnisvorhersage sein. Zukünftige Vorhersagemodelle und therapeutische Ansätze sollten daher die Bedeutung des vaskulären Endothels und seiner Glykokalyx bei COVID-19 berücksichtigen.