Коронавирус SARS-CoV-2: гипотезы влияния на кровеносную систему, перспективы использования перфторуглеродной эмульсии, возможности биофизических методов исследования

В данной статье освещены опубликованные гипотезы, связанные с возможностью проникновения коронавируса SARS-CoV-2 в кровеносное русло, его взаимодействия с эндотелием сосудов, эритроцитами, гемоглобином и его фрагментами. В результате такого взаимодействия возможен выход иона железа в кровеносное русло и, как следствие, возникновение цитокинового шторма. В этом контексте представляется важным поиск цитопротекторов, которые могут блокировать такие процессы. Одним из таких препаратов может явиться перфторуглеродная эмульсия.

Цель работы — показать возможности биофизических методов для исследования молекулярных механизмов действия SARS-CoV-2 на эритроциты и гемоглобин человека и восстанавливающее и цитопротекторное действие перфторуглеродной эмульсии при окислении иона железа в геме.

Материалы и методы. Использовали спектроскопию высокого разрешения, атомную силовую микроскопию, атомно-силовую спектроскопию, электропорацию. Действовали на кровь окисляющими агентами различной природы. Добавляли перфторуглеродную эмульсию в различных концентрациях и исследовали ее действие при различном времени инкубации. Концентрацию производных гемоглобина, рассчитывали с учетом мультиколлинеарности, проводили статистический анализ результатов.

Результаты. Показали, что при окислении иона железа в геме перфторуглеродная эмульсия вызывает эффективное восстанавливающее и цитопротекторное действие: Fe³⁺ восстанавливался до Fe²⁺. Степень восстановления MetHb до HbO₂ и Hb зависела от концентрации окисляющего агента и времени инкубации. Наблюдали изменение содержания MetHb от (80-90)% до (5-12)%. Перфторугле-родная эмульсия в клинических концентрациях способствовала устранению локальных дефектов мембран и восстанавливала нормальную морфологию эритроцитов.

Заключение. В фокусе рассмотренных гипотез использование перфторуглеродной эмульсии может стать эффективным методом для блокирования последствий воздействия коронавируса на элементы кровеносной системы и восстановления функционального газообмена.

1. Varga Z., Flammer A.J., Steiger P., Haberecker M., Andermatt R., Zin-kernagel A.S., Mehra M.R., Schuepbach R.A., Ruschitzka F, Moch H. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. Lancet. 2020; 395 (10234): 1417-1418. DOI: 10.1016/S0140-6736 (20)30937-5. PMID: 32325026.

2. Cyranoski D. Profile of a killer: the complex biology powering the co-ronavirus pandemic. Nature. 2020; 581 (780б): 22-26. DOI: 10.1038/d41586-020-01315-7.

3. Liu W., Li H. COVID-19: Attacks the 1-Beta Chain of Hemoglobin and Captures the Porphyrin to Inhibit Human Heme Metabolism. Chem-Rxiv. 2020; preprint. DOI: 10.26434/chemrxiv.11938173.v8.

4. Ja.nz D.R., Ware, L.B. The role of red blood cells and cell-free hemoglobin in the pathogenesis of ARDS. JIntensive Care2015; 3 (20). DOI: 10.1186/s40560-015-0086-3

5. SchaerD.J.,BuehlerP.W. Cell-free hemoglobin and its scavenger proteins: new disease models leading the way to targeted therapies. Cold Spring Harb Perspect Med. 2013; 3 (6): a013433. PMID: 23645855 PMCID: PMC3662353 DOI: 10.1101/cshperspect.a013433.

6. Kloka F.A., Kruipb M.J.H.A., Meerc N.J.M., Arbousd M.S., Gommerse D.A.M.P.J., Ka.ntf K.M., Kapteina F.H.J., Paassend J., Stalsa M.A.M., Huisma.na M.V., Endemane H. Incidence of Thrombotic Complications in Critically Ill ICU Patients With COVID-19. Thromb. Res. 2020; S0049-3848 (20)30120-1. DOI: 10.1016/j.thromres.2020.04.013. PMID: 32291094.

7. Ulrich H, Pilla,t M.M.. CD147 as a Target for COVID-19 Treatment: Suggested Effects of Azithromycin and Stem Cell Engagement. Stem Cell Reviews and Reports, 2020 DOI: 10.1007/s12015-020-09976-7

8. Cohen F.S. How Viruses Invade Cells. Biophys J. 2016; 110 (5): 1028-1032. DOI: 10.1016/j.bpj.2016.02.006

9. Orlov Y.I. Intravascular Hemolysis of Red Blood Cells in the Development of Organ Dysfunctions in Critical Conditions. General Reanima-tology 2008; 4 (2): 88. [In Russ.] DOI: 10.15360/1813-9779-2008-2-88.

10. Conran N, Almeida C.B. Hemolytic vascular inflammation: an update. Rev. Bras. Hematol. Hemoter. 2016; 38 (1): 55-57. DOI: 10.1016/j.bjhh.2015.10.004. PMID: 26969775.

11. Kozlova E.K., Chernysh A.M., Matteys T.N. Modeling of blood flow as the result of filtration-reabsorption processes in capillaries. Adv. Physiol. Educ. 2000; 23 (1): 32-39. DOI: 10.1152/advances.2000.23.1.S32. PMID: 10902525.

12. Park M.S. Diffuse alveolar hemorrhage. Tuberc. Respir. Dis. (Seoul). 2013; 74 (4): 151-162. DOI: 10.4046/trd.2013.74.4.151. PMID: 23678356.

13. Mitra A., Dwyre D.M., Schivo M., Thompson G.R., Cohen S.H., Ku N. GraffJ.P. Leukoerythroblastic reaction in a patient with COVID-19 infection. American Journal of Hematology. 2020, Mar 25. DOI: 10.1002/ajh.25793. [Epub ahead of print]

14. ChengR. Hospital treatment of serious and critical COVID-19 infection with high-dose Vitamin C. Cheng Integrative Health Center Blog http: //www.drwlc.com/blog/2020/03/18/hospital-treatment-of-se-rious-and-critical-covid-19-infection-with-high-dose-vitamin-c/?fbclid=IwAR3qzrI-tjYloYMlqGQRWUfoionQPWNYjFrRyv-GQ18Rg3GSG9Sn-Z7Ln58

15. Kozlova E., Chernysh A., Sergunova V, Gudkova O., Manchenko E., Kozlov A. Atomic force microscopy study of red blood cell membrane nanostructure during oxidation-reduction processes. J. Mol. Recog-nit. 2018; 31 (10): e2724. DOI: 10.1002/jmr.2724. PMID: 29740886.

16. Jensen F.B. Nitric oxide formation from nitrite in zebrafish. J. Exp. Biol. 2007; 210 (19): 3387-3394. DOI: 10.1242/jeb.008748. PMID: 17872992

17. Mo roz V V, Kozlova E.K., Bogushevich M.S., Chernysh A.M., Bliznyuk U.A., KozlovA.P,AlekseyevaP.Y. Red Blood Cell Membranes in Donors of Different Age Groups. General Reanimatology. 2006; 2 (3): 9-11. [In Russ.] DOI: 10.15360/1813-9779-2006-3-9-11.

18. Maevsky E, Ivanitsky G., Bogdanova L., Axenova O., Karmen N., Zhi-burt E, Senina R., Pushkin S., Maslennikov I., Orlov A., Marinicheva I. Clinical results of perftoran application: present and future. Artif. Cells Blood Substit. Immobil. Biotechnol. 2005; 33 (1): 37-46. DOI: 10.1081/bio-200046654. PMID: 15768564

19. Rafikova O., Sokolova E., RafikovR., NudlerE. Control of plasma nitric oxide bioactivity by perfluorocarbons: physiological mechanisms and clinical implications. Circulation. 2004; 110 (23): 3573-3580. PMID: 15557364 DOI: 10.1161/01.CIR.0000148782.37563.F8