Early and accurate prediction of COVID-19 hospitalization risk - methodological framework for pandemic preparedness

Wanneer een virus zoals SARS-CoV-2 zich door een populatie verspreidt, is de meest urgente vraag voor artsen en volksgezondheidsfunctionarissen niet alleen wie er besmet is, maar wie ernstig ziek zal worden. In de begindagen van de pandemie waren ziekenhuizen overbelast omdat er geen betrouwbare manier was om te bepalen welke patiënten intensieve zorg nodig zouden hebben en welke thuis zouden herstellen. Huidige richtlijnen vertrouwen vaak op brede factoren zoals de leeftijd of het lichaamsgewicht van een persoon om te beslissen wie vroege behandeling krijgt, maar deze aanwijzingen zijn imperfect. Een betere aanpak zou zijn om te zoeken naar specifieke signalen in het lichaam die zeer kort na infectie verschijnen, als een vroeg waarschuwingssysteem. Deze signalen, bekend als biomarkers, zijn meetbare stoffen in het bloed die reflecteren hoe het immuunsysteem op het virus reageert. Als artsen deze signalen snel zouden kunnen identificeren, zouden ze patiënten effectiever kunnen triëren, waardoor zij ervoor zorgen dat degenen met het hoogste risico onmiddellijk levensreddende zorg ontvangen, terwijl anderen veilig thuis kunnen worden gemonitord.

Een team van onderzoekers uit Duitsland en Frankrijk zette zich erop in om deze vroege signalen te vinden door een groep van tweehonderd en één mensen te bestuderen die nooit waren gevaccineerd tegen het virus en geen eerdere infectie hadden. De wetenschappers rekruteerden deze individuen op de dag dat zij positief testten op SARS-CoV-2 of binnen de eerste week na de diagnose. Gedurende meerdere weken nam het team bloedmonsters van elke persoon om een breed scala aan chemische markers te meten, waaronder standaard bloedtestresultaten en specifieke immuunproteïnen genaamd cytokinen. Ze volgden deze niveaus terwijl de conditie van de patiënten evolueerde, waarbij ze de bloedprofielen van degenen die uiteindelijk ziekenhuisopname vereisten vergeleken met degenen die thuis bleven. Het doel was om te zien of een specifieke combinatie van deze bloedmarkers het verloop van de ziekte kon voorspellen voordat deze ernstig werd.

De studie toonde aan dat het kijken naar de leeftijd of de body mass index van een persoon alleen niet sterk genoeg een voorspeller was om onderscheid te maken tussen degenen die ziekenhuiszorg nodig zouden hebben en degenen die dat niet zouden hebben. Hoewel oudere leeftijd en een hoger lichaamsgewicht inderdaad gebruikelijker waren in de gegeneutraliseerde groep, zorgde de bloedchemie voor een veel duidelijker beeld. De onderzoekers ontdekten dat twee specifieke markers eruit sprongen: een eiwit genaamd lactaatdehydrogenase, dat celstress aangeeft, en een signaleringsproteïne genaamd interleukine-6, dat deel uitmaakt van de ontstekingsreactie van het lichaam. Wanneer een van deze markers kort na de diagnose in hoge concentraties in het bloed werd aangetroffen, was dit een krachtig teken dat de patiënt risico liep op ziekenhuisopname. Sterker nog, de combinatie van deze twee markers was zo accuraat dat zij elke patiënt die uiteindelijk naar het ziekenhuis ging correct identificeerde, terwijl zij ook bijna allegenen die dat niet deden, correct identificeerde.

Naast het voorspellen van wie een ziekenhuisbed nodig zou hebben, wilde het team ook begrijpen hoe zij onderscheid konden maken tussen mensen die milde symptomen zouden hebben en mensen die een matige ziekte zouden ontwikkelen, zelfs als zij niet in het ziekenhuis terechtkwamen. Hiervoor richtten zij zich op een andere set immuunsignalen. Ze ontdekten dat een specifiek patroon bestaande uit vier verschillende immuunproteïnen — interferon-alfa, interferon-gamma, interleukine-6 en interleukine-8 — betrouwbaar onderscheid kon maken tussen de milde gevallen en de matige gevallen. Dit patroon werkte goed voor patiënten die binnen de eerste zes dagen van hun symptomen werden getest. De onderzoekers merkten op dat deze bevindingen consistent waren, ongeacht de specifieke variant van het virus die de patiënt had, inclusclusief de Omicron-variant, en dat de voorspellende kracht standhield, zelfs wanneer rekening werd gehouden met factoren zoals geslacht of het hebben van diabetes.

De onderzoekers volgden ook hoe deze markers in de loop van de tijd veranderden. Ze observeerden dat bij patiënten die in het ziekenhuis terechtkwamen, de niveaus van stress- en ontstekingsmarkers wekenlang hoog bleven, terwijl deze niveaus bij patiënten met mildere gevallen snel afnamen. Dit suggereert dat de initiële reactie van het lichaam op het virus een kritiek venster is voor interventie. Als een patiënt direct na de diagnose hoge niveaus van deze specifieke markers vertoont, duidt dit op een traject naar ernstige ziekte dat met vroege behandeling gestopt kan worden. De studie concludeert dat door slechts enkele van deze bloedmarkers te meten op het moment van zorg, artsen zeer nauwkeurige voorspellingen kunnen doen over de toekomstige gezondheidsbehoeften van een patiënt. Deze aanpak biedt een manier om voorbij te gaan aan giswerk en demografische aannames, en biedt een concreet, biologisch fundament voor de beslissing wie dringende medische aandacht nodig heeft tijdens een pandemie.