SARS-CoV-2 algemeen en diagnostiek

23 april 2020. Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is een acute respiratoire ziekte die wordt veroorzaakt door een nieuw coronavirus genaamd SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2). Al snel na de ontdekking van het virus zijn de gehele genoomsequenties van vijf patiënten-isolaten gepubliceerd. Hieruit blijkt dat het nieuwe virus behoort tot het genus Betacoronavirus, familie Coranaviridae. 

COVID-19 ziektebeeld
Incubatietijd Gemiddeld 5 - 6 dagen, spreiding 2 tot 14 dagen
Symptomen

Mild

  • Neusverkoudheid
  • Keelpijn
  • (Droge) hoest
  • Moeheid
  • Verhoogde sputumproductie
  • Spier- en gewrichtpijn
  • Hoofdpijn
  • Verhoging
  • Ook gerapporteerd (kleiner deel patienten): diarree (4%), misselijkheid en braken (5%). Daarnaast wordt ook melding gemaakt van verlies van reukzin (hyposmie/anosmie) en smaakzin (dysgeusie).

Ernstig

  • Koort (>38 graden Celsius)
  • Kortademigheid
  • Pneumonie
  • Acuut respiratoir stress syndroom
  • Septische shock
Diagnostiek

Direct

  • Aantonen van viraal RNA middels (real-time) reverse-transcriptie (RT)-PCR op monsters afkomstig van nasale of orale swaps. 

Indirect

  • Serologie/CT-scan (aanvullend
Transmissie Direct
  • Transmissie via druppeltjes die loskomen bij hoesten, niezen, praten en ademhalen vergelijkbaar met influenza. Druppeltjes reizen doorgaans niet meer dan 2 meter.
  • Via aerosolen die loskomen tijdens aerosolvormende handelingen (tracheale intubatie, niet-invasieve beademing, tracheostomie, cardiopulmonaire reanimatie, manuelebeademing voorafgaand aan intubatie, bronchoscopie, handelingen aan de tracheostoma, uitzuigen).
Indirect
  • Infectie zou mogelijk kunnen optreden als een persoon een geïnfecteerd oppervlak aanraakt en vervolgens zijn of haar ogen, neus of mond aanraakt.
  •  N.B. Transmissie van het virus van asymptomatische individuen is in verschillende artikelen beschreven maar het is nog niet duidelijk in hoeverre dit gebeurt.
Risicofactoren
  •  Afwijkingen en functiestoornissen van de luchtwegen en longen;
  • Chronische hartaandoeningen;
  • Diabetes mellitus;
  • Ernstige nieraandoeningen die leiden tot dialyse of niertransplantatie;
  • Verminderde weerstand tegen infecties door medicatie voor auto-immuunziekten, na orgaantransplantatie, bij hematologische aandoeningen, bij aangeboren aandoeningen of verworven op latere leeftijd.
  • Obesitas
Immuniteit  Seroconversie na ongeveer 10 dagen. Nog niet duidelijk hoe lang de immuniteit blijft bestaan.

Scroll voor meer...

SARS-CoV-2 is het derde hoog pathogene coronavirus dat in de afgelopen 20 jaar is overgesprongen van dier op mens. De twee andere virussen, genaamd SARS-CoV (8.096 cases/774 doden) en MERS-CoV (2.494 cases/858 doden) veroorzaakten respectievelijk in 2003 en 2012 een wereldwijde epidemie (de genoomsequentie van SARS-CoV-2 is 82% gelijk aan dat van SARS-CoV). De SARS-epidemie begon in China en verspreidde zich via reizigers naar andere delen van de wereld. De MERS-epidemie begon in Saudi-Arabië en verspreidde zich ook via reizigers naar andere delen van de wereld. Een belangrijk verschil met het huidige coronavirus is dat SARS-CoV en MERS-CoV veel dodelijker waren en alleen mensen die duidelijk ziek waren het virus konden verspreidden. De voornaamste route van transmissie was dan ook nosocomiaal.  SARS-CoV-2 daarentegen veroorzaakt in veel gevallen milde klachten die niet onderdoen voor een verkoudheid. Dit maakt dat het virus zich veel gemakkelijker over de bevolking kan verspreiden via mensen met lichte symptomen.

Naast de bovengenoemde hoog pathogene coronavirussen circuleren er nog 4 laag pathogene coronavirussen in de populatie genaamd HCoV-229E, HCoV-NL63, HCoV-OC43 en HCoV-HKU1. Deze virussen veroorzaken gewone verkoudheid. De meeste mensen raken op een bepaald moment in hun leven besmet met een of meer van deze virussen

Pathogenese en tropisme
Coronavirussen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van uitsteeksels die als een kroon (corona) uit het celmembraan steken. Deze zogenoemde Spike-eiwitten (S) zijn verantwoordelijk voor de binding van het virus aan de gastheercel en de versmelting van het virale membraan met het celmembraan van de gastheercel. Dit tweeledige proces komt tot stand door de verschillende subunits van het S-eiwit genaamd S1 (voor de binding) en S2 (voor het versmelten). Tijdens dit proces komt het virale RNA vrij in het cytoplasma van de gastheercel en is de infectie een feit. 

Uit onderzoek blijkt dat het S-eiwit van SARS-CoV-2 bindt aan de angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Deze receptor wordt ook gebruikt door het eerder beschreven SARS-CoV (MERS gebruikt een andere receptor genaamd dipeptidyl peptidase 4 (DPP4)). Het verschil met SARS-CoV is dat de binding met SARS-CoV -2 waarschijnlijk sterker en efficiënter is. Dit kan bijvoorbeeld betekenen dat er minder virusdeeltjes nodig zijn om een effectievere infectie te veroorzaken. Een ander verschil is dat S-eiwit van het nieuwe SARS- virus een zogenoemde furine-bindingsplaats heeft dat door het enzym furine geknipt wordt. Wat dit precies betekent voor het virus is nog niet helemaal duidelijk, maar 1 van de hypothesen is dat het virus hierdoor makkelijker de bovenste luchtwegen kan infecteren waar de ACE2 receptor nauwelijks tot expressie komt. Dit zou verder mogelijk kunnen verklaren waarom het virus zich tussen mensen kan verspreiden voordat de symptomen opduiken. Het virus houdt zich in eerste instantie op in de bovenste luchtwegen voordat het in de onderste luchtwegen belandt.  

De ACE2 receptor komt normaal gesproken op verschillende plaatsen in het lichaam tot expressie, waaronder op type II alveolaire cellen van de long, de bovenste en gestratificeerde epitheelcellen van de slokdarm, in de bloedvaten, op enterocyten van het ileum en colon, op cholangiocyten in de galbuis, op myocardiale cellen, op proximale tubulaire niercellen en op blaas urotheelcellen. Tevens lijkt de receptor op epitheelcellen van het mondslijmvlies tot expressie te komen. Al deze organen en weefsels kunnen potentieel geïnfecteerd raken met het virus. Tijdens de SARS-uitbraak van 2002-2003 ontwikkelde bijvoorbeeld 16 tot 73% van de patiënten diarree binnen de eerste week van de ziekte. Dit had waarschijnlijk te maken met de aanwezigheid van de ACE2 receptor op het darmepitheel. Dit blijkt ook uit een recent gepubliceerde autopsie-studie van Bradley et al. Bij dit onderzoek onder 12 overledenen zijn virusdeeltjes aangetroffen in onder andere de longen, de trachea, de nieren, en de darmen. Bij alle overledenen was sprake van significante comorbiditeit, zoals hypertensie, obesitas, chronische nieraandoeningen en diabetes.

Als gevolg van de infectie wordt de expressie van de ACE2 receptor aanzienlijk omlaag geschaald (gedownreguleert). ACE2 heeft normaal gesproken een bloeddrukverlagende rol door de productie van een vasodilatator genaamd Ang 1-7 in het renine angiotensine systeem. Verlies van ACE2 expressie in de longen is geassocieerd met pulmonale hypertensie, sarcoïdose, idiopathische longfibrose het acute respiratory distress syndrome ARDS. Daarnaast komt het immuunsysteem in actie wat in ernstige gevallen leidt tot de ongecontroleerde afgifte van cytokinen (cytokine release syndrome of CRS). Ook dit kan ARDS veroorzaken en in gevallen tot multi-orgaanfalen en fulminante myocarditis leiden. Mogelijk is multi-orgaanfalen bij COVID-19 patiënten het gevolg van de synergistische effecten van SARS-CoV-2 geïnduceerde weefselbeschadiging en een systemische cytokinestorm. Dit moet echter nog verder worden onderzocht.

Een belangrijke vraag die nog beantwoord moet worden is waarom sommige patiënten een ernstig ziektebeeld ontwikkelen, terwijl anderen dat niet doen. Vanuit de literatuur is bekend dat leeftijd en onderliggend leiden, zoals diabetes, hypertensie, hart- en vaatziekten hier een belangrijke rol bij spelen. Een van de hypothesen is dat de behandeling van diabetes en hypertensie met ACE-remmers tot een verhoogde expressie van ACE2 leidt waardoor deze patiënten mogelijk vatbaarder zijn voor infectie.    

Transmissie
Transmissie vindt plaats via druppeltjes die loskomen bij hoesten, niezen, praten en ademhalen. De druppeltjes reizen doorgaans niet meer dan 2 meter. Ook kan transmissie plaatsvinden via aerosolen die loskomen tijdens aerosolvormende handelingen (tracheale intubatie, niet-invasieve beademing, tracheostomie, cardiopulmonaire reanimatie, manuele beademing voorafgaand aan intubatie, bronchoscopie, handelingen aan de tracheostoma, uitzuigen). Infectie zou mogelijk ook kunnen optreden als een persoon een geïnfecteerd oppervlak aanraakt en vervolgens zijn of haar gezicht aanraakt.

Uit een recent cohortonderzoek en een meta-analyse van gepubliceerde artikelen blijkt de gepoolde prevalentie van gastro-intestinale symptomen (waaronder misselijkheid, braken, diarree en buikpijn) onder COVID-19 patiënten 17,6% te zijn. Bij 48,1% van de patiënten werd viraal SARS-CoV-2 RNA gedetecteerd in de ontlasting. In veel gevallen zelfs nadat de respiratoire monsters negatief waren getest. Viraal RNA werd vaker gedetecteerd bij patiënten met diarree vergeleken met patiënten zonder diarree. Dit lijkt te suggereren dat fecale virale uitscheiding een potentiele route voor overdracht is. Maar voor zover bekend is men er nog niet in geslaagd om uit de fecale monsters infectieus virus te isoleren. Er is meer onderzoek nodig naar de mate van transmissie via de fecaal-orale route

Besmettelijke periode
Er bestaat nog veel onduidelijkheid over de mate waarin het virus wordt uitgescheiden door patiënten en daarmee hoe lang een patiënt besmettelijk blijft. Ook is er nog veel onduidelijk in hoeverre asymptomatische patiënten besmettelijk zijn.

De hoeveelheid virusdeeltjes zegt iets over de besmettelijkheid van het virus. Hoe hoger de zogenoemde viral load, des te besmettelijker de ziekte. SARS-CoV-2 bereikt zijn piekconcentratie binnen 5 dagen na aanvang van de symptomen en is ongeveer 1000 keer hoger dan het eerste SARS-virus (SARS-CoV bereikt zijn piekconcentratie ongeveer 7-10 dagen na het begin van de symptomen).  Na de eerste week neemt de viral load langzaam af. Oudere patiënten en patiënten met comorbiditeit, zoals diabetes mellitus, hypertensie en andere cardiovasculaire aandoeningen, hebben vermoedelijk een hogere viral load en scheiden het virus waarschijnlijk langer uit. In een studie van To et al werd bij 7 van de 21 patiënten meer dan 20 dagen na de aanvang van symptomen nog viraal RNA in posterieure orofaryngeale speekselmonsters gedetecteerd. Er was volgens de auteurs geen associatie tussen de ernst van de ziekte en de langdurige detectie van viraal RNA.  Zij zagen echter ook geen verschil in de initiële en piek viral load tussen patiënten met en zonder comorbiditeit.

De monsters van 2 patiënten, die onder actieve surveillance stonden door nauw contact met geïnfecteerde patiënten, bleken een dag voordat de symptomen ontstonden positief. Dit zou volgens de onderzoekers kunnen betekenen dat patiënten al infectieus zijn voordat de symptomen beginnen. Uit een ander onderzoek van Zou et al onder 18 patiënten bleek dat de viral load van 1 asymptomatische patiënt vergelijkbaar was met de viral load van symptomatische patiënten. Dit suggereert volgens de onderzoekers dat het virus vanuit asymptomatische of minimaal symptomatische patiënten overgedragen kan worden.

Immuniteit
In de eerdergenoemde studie van To et al. begon de concentratie IgG- en IgM-antilichamen ongeveer 10 dagen na aanvang van symptomen te stijgen. Bij de meeste patiënten in deze studie trad seroconversie binnen de eerste 3 weken na aanvang symptomen op. Dit is vergelijkbaar met de resultaten van een studie van het Erasmus MC (seroconversie na 13-21 dagen). Het is nog niet bekend hoe lang de immuniteit na infectie blijft bestaan. Sanquin gaat onderzoeken of de afweerstoffen van genezen patienten kan helpen bij het verminderen van symptomen bij andere patienten. Daarom starten zij met het inzamelen van bloedplasma van genezen coronapatiënten. 

Incubatietijd
Gemiddeld 5 tot 6 dagen, spreiding 2 tot 14 dagen.

Symptomen
Milde symptomen: Neusverkoudheid, keelpijn, (droge) hoest, moeheid, verhoogde sputumproductie, spier- en gewrichtspijn, hoofpijn, temperatuurverhoging (<38 graden Celcius).

Ernstige symptomen: Koorts (> 38 graden Celsius), kortademigheid, pneumonie, acuut respiratoir stress syndroom, septische shock.

Ook is bij een klein deel van de patiënten diarree (4%); misselijkheid en braken (5%) gerapporteerd. Tevens is er melding gemaakt van verlies van reukzin (hyposmie/anosmie) en smaakzin (dysgeusie). In de LCI-richtlijn COVID-19 wordt een retrospectieve studie onder 214 COVID-19 patiënten in Wuhan, China beschreven. Bij 36.8% van de patiënten werden neurologische verschijnselen vermeld. 24.8% van deze patiënten had symptomen van het centrale zenuwstelsel zoals hoofdpijn, duizeligheid, ataxie, epilepsie en acuut cerebrovasculaire ziekte. 8.9% had perifeer neurale aandoeningen, waaronder 5% hyposmie. Maar ook hypogeusie, hypogie en neuralgie zijn vermeld.

Overleving buiten de gastheer en inactivatie
De stabiliteit van het virus is in het laboratorium onderzocht. Daarbij is zowel gekeken naar de stabiliteit in druppeltjes als de stabiliteit op verschillende oppervlakten, zoals plastic, roestvrijstaal, koper en karton. Uit het onderzoek kwam naar voren dat het virus enkele uren levensvatbaar kan blijven in de lucht en enkele dagen op plastic en roestvrijstaal.  Hierbij moet worden vermeld dat de experimenten in een gecontroleerde omgeving zijn verricht en de resultaten mogelijk anders zijn buiten het laboratorium. Tevens is er gewerkt met hoge concentraties van het virus en het is maar de vraag of geïnfecteerde patiënten dergelijke hoeveelheden kunnen achterlaten op oppervlakten. Volgens een studie van Kampf et al. zorgt desinfectie van oppervlakten met natriumhypochloriet of 62-71% ethanol voor een aanzienlijke vermindering van de besmettelijkheid van coronavirussen. 

Diagnostiek

Moleculaire diagnostiek met RT-PCR

De gouden standaard voor het aantonen van een SARS-CoV-2 infectie is (real-time) reverse-transcriptie (RT)-PCR op geisoleerd viraal RNA afkomstig van monsters die via van nasale of orale swaps zijn uitgenomen. Inmiddels is uit de literatuur gebleken dat dit geen 100% garantie geeft. Yang et al. hebben de nauwkeurigheid van de verschillende bemonsteringstechnieken onderzocht die gebruikt worden voor de laboratoriumdiagnose van SARS-CoV-2.  

Uit hun onderzoek, gebaseerd op 866 monsters afkomstig van 213 patiënten (205 keelswabs, 490 neusswabs, 142 sputumsamples, 29 BAL fluid samples), komt naar voren dat sputummonsters waarschijnlijk meest nauwkeurig zijn, gevolgd door neus- en keelswaps. Dit zijn tevens de snelste, eenvoudigste en veilige manieren om monsters af te nemen. De auteurs geven tevens aan dat CT-scans een belangrijke aanvulling kunnen zijn voor de diagnose van Novel Coronavirus Pneumonia (NCP). 

In een studie van Wikramaratna et al. zijn 298 testresultaten van 30 positieve patiënten (150 nasale swabs en 148 keelswaps) geanalyseerd en gebruikt voor modelering. Volgens de modellen in de studie neemt de kans op een positief testresultaat af naarmate het aantal dagen sinds de aanvang van de symptomen toeneemt. Voor een nasale swab neemt de procentuele kans op een positieve test af van 94,39% op dag 0 (spreiding 86,88% - 97,73%) tot 67,15% op dag 10 (spreiding 53,05% - 78,85%) en 2,38% op dag 31 (spreiding 0,60% - 9,13%). Voor een keelswab liggen de percentages iets lager: 88% op dag 0 (spreiding 75.18% - 94.62%), 47,11% op dag 10 (spreiding 32.91% - 61.64%) en 1,05% op dag 31 (spreiding 0.24% - 4.44%).

De auteurs concluderen dat het testen van keel- en neusuitstrijkjes met RT-PCR geen garantie geeft op een positief test resultaat. De kans op een positief resultaat wordt kleiner met het verstrijken van het aantal dagen sinds de start van de symptomen. Met andere woorden, hoe langer de tijd vanaf het begin van de symptomen, hoe groter de kans op een fout-negatief resultaat. Het herhaaldelijk testen van verdachte patiënten met RT-PCR-negatieve resultaten, verkleint de kans dat geïnfecteerde personen niet worden geïdentificeerd

Sanquin gaat in opdracht van de NTS testen op de aanwezigheid van viraal RNA in monsters (swabs) die zijn afgenomen uit de neus- en keelholte van postmortale weefseldonoren. Sanquin maakt hiervoor gebruik van de Cobas® SARS-CoV-2 real-time RT-PCR. Volgens de fabrikant is een positief testresultaat indicatief voor de aanwezigheid van SARS-CoV-2 RNA, maar sluit dit resultaat een bacteriële infectie of een co-infectie met andere virussen niet uit. Voor de NTS is een positief resultaat direct reden om de weefsels niet vrij te geven. Ook een negatief resultaat sluit een infectie met SARS-CoV-2 niet uit. Een negatief test resultaat wordt door de medische staf van de NTS daarom altijd geïnterpreteerd in de context van het klinische beeld ten tijde van overlijden, de medische en sociale voorgeschiedenis van de donor en eventuele diagnostiek die voor overlijden is verricht, zoals een CT-scan.  

Serologische testen op SARS-CoV-2

In april start Sanquin met het meten van antistoffen tegen het coronavirus bij alle bloeddonors die gedurende een periode van ongeveer een week komen doneren.  Het doel is om te peilen hoe snel de samenleving immuniteit tegen de ziekte opbouwt. Tevens kan er inzicht verkregen worden om de ziektelast, met name het aantal asymptomatische infecties, te achterhalen en om betere schattingen van morbiditeit en mortaliteit te krijgen. Sanquin maakt hiervoor gebruik van een zogenoemde SARS-CoV-2 Antibody Elisa. Deze assay detecteert het totaal aan antilichamen tegen het receptor bindend domein van het SARS-CoV-2 spike-eiwit. De assay maakt geen onderscheid tussen IgG- en IgM antilichamen. De NTS onderzoekt of deze serologische test, naast de eerder genoemde RT-PCR test, toegevoegde waarde heeft voor de donorscreening.

Disclaimer
De informatie in dit stuk is geschreven op basis van de huidige kennis over SARS-CoV-2. Hoewel er dagelijks nieuwe publicaties bijkomen is de kennis over dit virus nog vrij beperkt. Dit betekent dat de conclusies in dit stuk voorlopige conclusies zijn die mogelijk in de toekomst nog kunnen wijzigen.