用血栓塞爆血管!COVID-19 的致死手段

新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)嚴重時會破壞血管、引起嚴重的血栓,甚至可能造成劇烈的肺部缺氧

皮膚浮現紫色的皮疹、浮腫的腿、變色的四肢1,這些臨床表徵,一再地告訴醫師們,COVID-19(俗名:新型冠狀病毒疾病、武漢肺炎、新冠肺炎)的重症患者體內正出現全身性的血栓 2

科學家試圖了解病毒對肺臟血管的破壞力,解剖了因 COVID-19 和 A 型流感而死的屍體肺臟,巨觀、微觀地分析病毒肆虐後的血管結構。

COVID-19 重症患者,其末梢肢體的照片。(點圖可見彩色原圖)From:參考文獻3

在肺臟裡引起血栓,堵死微血管

研究團隊解剖了因 COVID-19 而死的患者肺臟,普遍發現肺泡損傷、肺泡內膜細胞壞死的現象。而組織切片發現,肺臟裡充斥著淋巴細胞,顯示嚴重的發炎現象(下圖B)2

上圖:因新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟外觀。下圖:肺臟組織切片;藍色箭頭為血管裡的紅血球、綠色箭頭所指的暗紫色圓點為淋巴細胞。中文資料和箭頭為本文作者標註。From: 參考文獻2

用 μCT 和掃描式電子顯微鏡觀察死者肺臟,可看到扭曲的血管、遍佈的血栓。組織切片裡, COVID-19 死者的肺泡毛細血管中,都有微小的血栓(如下圖)。然而, COVID-19 之可怕,它所引起的血栓數是流感的 9 倍:平均血栓形成數 COVID-19 為 159±73;流感為 16±16(單位:/mm2;P = 0.002)。

A:新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟血管,其掃描式顯微鏡照片;紅色:血栓、黃色:淋巴細胞(數位上色)。B:新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟血管,其組織切片。C, D:μCT的3D建模。中文資料為本文作者標註。From:參考文獻2

新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟組織切片。黑色箭頭為血栓;藍色箭頭為紅血球。中文資料和藍色箭頭為本文作者標註。From:參考文獻2

顯微鏡下顯示血管內皮結構遭破壞

在顯微鏡底下,科學家又發現了一個駭人的現象:血管的內皮結構被大幅破壞。下圖A 可觀察到,未受感染者的血管內部平滑,而反觀新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)之患者(下圖B),肺部微血管結構扭曲、變形。

為什麼 COVID-19 患者的血管結構被破壞呢?用穿透式電子顯微鏡觀察後發現,病毒侵犯了血管內皮細胞 2,可能殺死了內皮細胞、損傷血管結構。筆者推測,粗糙、受傷的血管內壁,引發了凝血效應,進而導致血栓在全身瀰漫出現,惡化成全身性的臟器受損(下圖D)。

利用血管澆鑄技術(microvascular corrosion casts)型塑肺部微血管的掃描式顯微鏡照片。中文為本文作者標註。From: 參考文獻2

新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)而死的患者肺臟微血管,其穿透式電子顯微鏡照片。放大的白色框內,白色箭頭是病毒顆粒。中文資料為本文作者標註。From: 參考文獻2

引發明顯的血管新生,暗示了組織在缺氧?

當組織需要氧氣,週邊微血管會進入「血管新生(angiogenesis)」的狀態。換言之,若觀察到「血管新生」,就能推測組織正缺氧中(或處於其他急需氧氣的狀態,如:腫瘤組織、胚胎發生等)。

觀察 COVID-19 和流感患者的血管,發現 COVID-19 患者有明顯的血管新生狀態,甚至比流感患者更劇烈,暗示了新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)造成的組織缺氧,遠比流感病毒更嚴峻。相同的視野面積裡,疊套血管生成現象, COVID-19 患者肺臟有 60.7±11.8 個、流感患者有 22.5±6.9 個(下圖A)

COVID-19 和流感患者的血管生成比較。A圖:疊套血管生成密度、B圖:出芽血管生成密度、C圖:疊套血管生成數量隨住院時間的變化、D圖:出芽血管生成數量隨住院時間的變化。中文資料為本文作者標註。From: 參考文獻2

觀察住院時間和血管新生的變化,發現 COVID-19 患者肺臟的血管新生,隨住院時間反而更加嚴重。暗示了即使住院照料,COVID-19 患者肺臟缺氧的情況仍日漸惡化;醫護團隊可能需要將緩解肺部缺氧,做為治療的首要目標。

總結而言,解剖 COVID-19 死者肺臟得知:

  1. 新型冠狀病毒劇烈地破壞血管內皮細胞。
  2. COVID-19 患者肺臟裡,發現血栓和扭曲的血管。
  3. 肺臟出現明顯的血管新生,暗示了嚴重的組織缺氧。

新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)對人體的破壞力,超乎尋常的可怕。面對如此兇惡的病毒,在疫苗問世之前,我們只能步步為營。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

參考文獻

  1. Cassandra Willyard (2020) Coronavirus blood-clot mystery intensifies. Nature. DOI: 10.1038/d41586-020-01403-8
  2. Maximilian Ackermann, M.D., Stijn E. Verleden, Ph.D., Mark Kuehnel, Ph.D., Axel Haverich, M.D., Tobias Welte, M.D., Florian Laenger, M.D., Arno Vanstapel, Ph.D., Christopher Werlein, M.D., Helge Stark, Ph.D., Alexandar Tzankov, M.D., William W. Li, M.D., Vincent W. Li, M.D., Steven J. Mentzer, M.D., and Danny Jonigk, M.D. (2020) Pulmonary Vascular Endothelialitis, Thrombosis, and Angiogenesis in Covid-19. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa2015432
  3. E. Novara, E. Molinaro, I. Benedetti, R. Bonometti, EC Lauritano, R. Boverio (2020) Severe acute dried gangrene in COVID-19 infection: a case report. European Review for Medical and Pharmacological Sciences. DOI: 10.26355 / eurrev_202005_21369
  4. Peter H. Burri, Ruslan Hlushchuk, Valentin Djonov (2004) Intussusceptive angiogenesis: Its emergence, its characteristics, and its significance. Developmental Dynamics. DOI: https://doi.org/10.1002/dvdy.20184

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關於作者

Chiang Wei-Lun

蔣維倫。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑、三花貓。曾意外地先後收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學PanSci專欄作家、故事專欄作家、udn鳴人堂專欄作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 文章作品:https://pansci.asia/archives/author/miss9 https://www.newsmarket.com.tw/blog/author/miss9ch/

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