Mikami Environmental Blog

Coronavirus damage

Publicado em 02 abril 2020

Por Ricardo Zorzetto, Pesquisa FAPESP

Infection with Sars-CoV-2 causes extensive and multiple lesions in the lungs, according to preliminary results of autopsies performed at USP

Since the first death by infection with the new coronavirus in the country, which occurred on March 17 in São Paulo, a team of pathologists from the Faculty of Medicine of the University of São Paulo (FM-USP) performed a less invasive version of autopsy on six bodies. The preliminary results of four post-mortem examinations confirm what had been observed weeks before by Chinese researchers: the Sars-CoV-2 virus causes extensive and severe lesions in multiple areas of the lungs, mainly affecting the alveoli, the microscopic pockets in which the exchanges of oxygen and carbon dioxide. “The damage caused by the new coronavirus is very serious”, reports pathologist Marisa Dolhnikoff, coordinator of the FM-USP Minimally Invasive Autopsy Project for Covid-19. "In patients who develop the most aggressive form of the disease, the lesions are very similar to those that occur in severe acute respiratory syndrome [Sars] and in the Middle East respiratory syndrome [Mers], both caused by other types of coronavirus."

The first four bodies analyzed were that of a woman and three men, all killed in the capital 4 to 10 days after they fell ill. Three victims were over the age of 60 and had chronic illnesses such as diabetes, hypertension and heart problems. One was a younger individual, also with pre-existing illnesses. At the facilities of the Image Platform project in the Autopsy Room (Pisa), supported by FAPESP, Dolhnikoff, four other pathologists and radiologist Renata Monteiro took computed tomography images of the bodies and used a portable ultrasound device, the size of a laptop, to assess the structure of the chest and abdomen organs.

In Brazil there are no autopsy rooms that meet the safety requirements determined by the Centers for Disease Control and Prevention (CDC) in the United States and the National Health Surveillance Agency (Anvisa) to deal with highly contagious agents such as the new coronavirus. For this reason, the USP team also used ultrasound images to guide the removal, through needle puncture, of small samples from five organs (lungs, kidneys, heart, liver and spleen). This strategy does not require opening the body and is similar to the one used to biopsy tissue in living people. According to pathologist Paulo Saldiva, a member of the team and coordinator of Pisa, the objective of using the minimally invasive autopsy is to protect the professionals who perform the procedure. "There is no autopsy room in the country with the level of security necessary for this type of analysis and there would be no time to build one and put it into operation," said Saldiva in mid-March to Agência FAPESP.

In the initial analysis, carried out in late March, pathologists found lesions caused by the virus throughout the respiratory system, with greater severity in the alveoli. Previous studies have already indicated that Sars-CoV-2 has an affinity for the cells that line the inner surface of the respiratory system. Called epithelial, the cells that cover the respiratory mucous membrane have a protein - the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) - that facilitates the entry of the virus. In an article deposited on March 27 in the medRxiv repository, the group coordinated by biologist Helder Nakaya, also from USP, analyzed the expression profile of the genes in more than 700 lung samples and found that the level of activity of the gene responsible for the production of ACE2 was higher in these respiratory organs in people with hypertension, diabetes and chronic obstructive pulmonary disease than in the lungs of those who did not have these problems. According to Nakaya's team, this finding would help explain why people with these pre-existing illnesses (comorbidities) are more at risk of developing severe forms of Covid-19, the disease caused by the new coronavirus.

In the tomography images, the lungs analyzed by the FM-USP group had several whitish areas, characteristic of some forms of pneumonia - radiologists say that they look like frosted glass. They were extensive and generally took up the entire posterior portion of the two respiratory organs. These areas were filled with damaged pneumocytes (epithelial cells, which cover the inside of the alveoli). The infected cells were sometimes larger than usual in size, as was their nucleus, where the genetic material (DNA) is stored. Typical of virus infection, the changes lead to the internal desquamation of the alveoli. “The epithelial lesion is vast and has a characteristic pattern of Covid-19”, reports Dolhnikoff. Without the cells that line them internally, the alveoli start to accumulate the liquid that leaks from the surrounding blood capillaries. “This liquid impairs gas exchange and leads to respiratory failure,” adds Amaro Duarte Neto, one of the team's pathologists, which also includes pathologists Thais Mauad and Luiz Fernando Ferraz da Silva, in addition to eight laboratory technicians. In 2018, the group had already used minimally invasive autopsy to investigate the yellow fever epidemic, as reported in an article published in 2019 in the journal PLOS Neglected Tropical Diseases.

On the wall of the alveoli, the researchers found both microthrombi and small foci of hemorrhage. These phenomena have opposite causes - the former are formed by the high blood clotting capacity and the latter by difficulty - and indicate that people who died as a result of Covid-19 would have coagulation disorders. According to the FM-USP team, it is still not possible to know whether the virus also damages blood vessels.

In two of the autopsy cases, infection by Sars-CoV-2 paved the way for the installation of bacteria, which caused secondary pneumonia, aggravating an already complicated condition. According to Dolhnikoff, this finding allows clinicians to indicate that, in certain situations, it is necessary to add antibiotics to the treatment.

The researchers also noticed the changes observed in the spleen. Located on the left side of the body, behind the stomach, this organ is important for the maturation of defense cells, especially lymphocytes, specialized in fighting viruses. The spleen of people who died from Covid-19 had an abnormally low amount of these defense cells. According to USP pathologists, the reduction of lymphocytes in the spleen explains the results of blood tests observed by doctors and the scarcity of these cells in the infected lungs. "The reduction in the number of lymphocytes can be a marker of unfavorable outcome", suggests Duarte Neto.

In the four autopsies, the researchers also collected samples of skin, bone marrow, muscles, brain and mucosa from the nose and mouth. Data from the medical literature suggest that Sars-CoV-2 infection is not restricted to the lungs, and researchers hope to find out if and how the virus impacts other organs - there are reports, for example, of loss of taste and smell, an indication that nerves can be affected. For now, however, pathologists at USP have only observed chronic kidney and heart damage resulting from arterial hypertension and cardiac ischemia and liver damage associated with diabetes, in addition to acute injuries that result from a generalized infection (sepsis). During the current epidemic, the group plans to perform a total of 20 to 30 autopsies and form a repository that allows, in collaboration with other teams, to better investigate how the virus acts and obtain useful information for the treatment of patients.



1. Image Platform in the Autopsy Room (nº 2009 / 54323-0); Modality Multi-User Equipment Program; Responsible researcher Paulo Hilário Saldiva (FM-USP); Investment R $ 10,352,243.31 (FAPESP).

2. Integrative biology applied to human health (nº 2018 / 14933-2); Modality Young Researcher; Responsible researcher Helder Takashi Imoto Nakaya (IB-USP); Investment R $ 1,087,367.52

Scientific articles

PINTO, B. G. G. et al. ACE2 expression is increased in the lungs of patients with comorbidities associated with severe Covid-19. medRxiv. 27 mar. 2020.

DUARTE-NETO, A.N. et al. Ultrasound-guided minimally invasive autopsy as a tool for rapid post-mortem diagnosis in the 2018 Sao Paulo yellow fever epidemic: Correlation with conventional autopsy. PLOS Neglected Tropical Diseases. Jul 22 2019.

Published by Revista Pesquisa Fapesp * on April 1, 2020

* São Paulo State Research Support Foundation

Os danos do coronavírus

Infecção pelo Sars-CoV-2 causa lesões extensas e múltiplas nos pulmões, segundo resultados preliminares de autopsias realizadas na USP

Desde a primeira morte por infecção pelo novo coronavírus no país, ocorrida em 17 de março em São Paulo, uma equipe de patologistas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FM-USP) realizou uma versão menos invasiva de autopsia em seis corpos. Os resultados preliminares de quatro exames post mortem confirmam o que havia sido observado semanas antes por pesquisadores chineses: o vírus Sars-CoV-2 causa lesões extensas e severas em múltiplas áreas dos pulmões, afetando principalmente os alvéolos, as bolsas microscópicas nas quais ocorrem as trocas de oxigênio e gás carbônico. “Os danos provocados pelo novo coronavírus são muito graves”, relata a patologista Marisa Dolhnikoff, coordenadora do Projeto de Autopsia Minimamente Invasiva para Covid-19 da FM-USP. “Nos pacientes que desenvolvem a forma mais agressiva da doença, as lesões são muito semelhantes às que ocorrem na síndrome respiratória aguda grave [Sars] e na síndrome respiratória do Oriente Médio [Mers], ambas causadas por outros tipos de coronavírus.”

Os quatro primeiros corpos analisados eram de uma mulher e três homens, todos mortos na capital de 4 a 10 dias depois de terem adoecido. Três vítimas tinham idade superior a 60 anos e doenças crônicas como diabetes, hipertensão e problemas cardíacos. Uma era um indivíduo mais jovem, também com doenças preexistentes. Nas instalações do projeto Plataforma de Imagem na Sala de Autopsia (Pisa), apoiado pela FAPESP, Dolhnikoff, outros quatro patologistas e a radiologista Renata Monteiro fizeram imagens de tomografia computadorizada dos corpos e usaram um aparelho de ultrassom portátil, do tamanho de um laptop, para avaliar a estrutura dos órgãos do tórax e abdômen.

No Brasil não existem salas de autopsia que atendam às exigências de segurança determinadas pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) dos Estados Unidos e pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) para lidar com agentes altamente contagiosos como o novo coronavírus. Por essa razão, a equipe da USP também usou as imagens de ultrassom para guiar a retirada, por meio de punção por agulha, de pequenas amostras de cinco órgãos (pulmões, rins, coração, fígado e baço). Essa estratégia não exige a abertura do corpo e é semelhante à usada para fazer biopsia de tecidos em pessoas vivas. Segundo o patologista Paulo Saldiva, integrante da equipe e coordenador do Pisa, o objetivo de usar a autopsia minimamente invasiva é proteger os profissionais que realizam o procedimento. “Não há sala de autopsia no país com nível de segurança necessário para esse tipo de análise e não haveria tempo para construir uma e colocá-la em operação”, afirmou Saldiva em meados de março à Agência FAPESP.

Na análise inicial, realizada no final de março, os patologistas encontraram lesões causadas pelo vírus em todo o aparelho respiratório, com maior gravidade nos alvéolos. Estudos anteriores já indicavam que o Sars-CoV-2 tem afinidade com as células que revestem a superfície interna do sistema respiratório. Chamadas de epiteliais, as células que recobrem as mucosas respiratórias apresentam uma proteína – a enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) – que facilita a entrada do vírus. Em um artigo depositado em 27 de março no repositório medRxiv, o grupo coordenado pelo biólogo Helder Nakaya, também da USP, analisou o perfil de expressão dos genes em mais de 700 amostras de pulmões e constatou que o nível de atividade do gene responsável pela produção da ACE2 era mais elevado nesses órgãos respiratórios de pessoas com hipertensão, diabetes e doença pulmonar obstrutiva crônica do que nos pulmões de quem não tinha esses problemas. Segundo a equipe de Nakaya, esse achado ajudaria a explicar por que as pessoas com essas doenças preexistentes (comorbidades) correm mais risco de desenvolver formas severas de Covid-19, a doença causada pelo novo coronavírus.

Nas imagens de tomografia, os pulmões analisados pelo grupo da FM-USP apresentavam diversas áreas esbranquiçadas, características de algumas formas de pneumonia – os radiologistas dizem que elas têm o aspecto de um vidro fosco. Eram extensas e em geral tomavam toda a porção posterior dos dois órgãos respiratórios. Essas áreas estavam repletas de pneumócitos (células epiteliais, que recobrem o interior dos alvéolos) danificados. As células infectadas tinham tamanho algumas vezes superior ao habitual, assim como era agigantado o seu núcleo, onde fica armazenado o material genético (DNA). Típicas de infecção por vírus, as alterações levam à descamação interna dos alvéolos. “A lesão epitelial é vasta e apresenta um padrão característico da Covid-19”, relata Dolhnikoff. Sem as células que os forram internamente, os alvéolos passam a acumular o líquido que extravasa dos capilares sanguíneos ao redor. “Esse líquido prejudica as trocas gasosas e leva à insuficiência respiratória”, completa Amaro Duarte Neto, um dos patologistas da equipe, da qual participam ainda os patologistas Thais Mauad e Luiz Fernando Ferraz da Silva, além de oito técnicos de laboratório. Em 2018, o grupo já havia usado a autopsia minimamente invasiva para investigar a epidemia de febre amarela, conforme relataram em artigo publicado em 2019 na revista PLOS Neglected Tropical Diseases.

Na parede dos alvéolos, os pesquisadores encontraram tanto microtrombos como pequenos focos de hemorragia. Esses fenômenos têm causas opostas – os primeiros se formam pela alta capacidade de coagulação do sangue e os últimos pela dificuldade – e indicam que as pessoas que morreram em decorrência da Covid-19 teriam distúrbios de coagulação. Segundo a equipe da FM-USP, ainda não é possível saber se o vírus também danifica os vasos sanguíneos.

Em dois dos casos que passaram por autopsia, a infecção pelo Sars-CoV-2 abriu o caminho para a instalação de bactérias, que causaram uma pneumonia secundária, agravando um quadro já complicado. Segundo Dolhnikoff, essa constatação permite indicar para os clínicos que, em determinadas situações, é necessário acrescentar antibióticos ao tratamento.

Também chamou a atenção dos pesquisadores alterações observadas no baço. Localizado no lado esquerdo do corpo, atrás do estômago, esse órgão é importante para o amadurecimento de células de defesa, em especial os linfócitos, especializados no combate a vírus. O baço das pessoas que morreram em decorrência da Covid-19 apresentava uma quantidade anormalmente baixa dessas células de defesa. De acordo com os patologistas da USP, a redução de linfócitos no baço explica os resultados de exames de sangue observados pelos médicos e a escassez dessas células nos pulmões infectados. “A redução no número de linfócitos pode ser um marcador de desfecho desfavorável”, sugere Duarte Neto.

Nas quatro autopsias, os pesquisadores coletaram ainda amostras de pele, medula óssea, músculos, cérebro e da mucosa do nariz e da boca. Dados da literatura médica sugerem que a infecção pelo Sars-CoV-2 não se restringe aos pulmões, e os pesquisadores esperam descobrir se e como o vírus impacta os outros órgãos – há relatos, por exemplo, de perda de paladar e olfato, um indicativo de que nervos podem ser afetados. Por ora, no entanto, os patologistas da USP só observaram danos crônicos nos rins e no coração decorrentes de hipertensão arterial e isquemia cardíaca e lesões no fígado associadas ao diabetes, além de lesões agudas que resultam de uma infecção generalizada (sepse). Durante a epidemia atual, o grupo planeja realizar um total de 20 a 30 autopsias e formar um repositório que permita, em colaboração com outras equipes, investigar melhor como age o vírus e obter informações úteis para o tratamento dos doentes.



1. Plataforma de Imagem na Sala de Autópsia (nº 2009/54323-0); Modalidade Programa Equipamentos Multiusuários; Pesquisador responsável Paulo Hilário Saldiva (FM-USP); Investimento R$ 10.352.243,31 (FAPESP).

2. Biologia integrativa aplicada à saúde humana (nº 2018/14933-2); Modalidade Jovem Pesquisador; Pesquisador responsável Helder Takashi Imoto Nakaya (IB-USP); Investimento R$ 1.087.367,52

Artigos científicos

PINTO, B. G. G. et al. ACE2 expression is increased in the lungs of patients with comorbidities associated with severe Covid-19. medRxiv. 27 mar. 2020.

DUARTE-NETO, A.N. et al. Ultrasound-guided minimally invasive autopsy as a tool for rapid post-mortem diagnosis in the 2018 Sao Paulo yellow fever epidemic: Correlation with conventional autopsy. PLOS Neglected Tropical Diseases. 22 jul. 2019.

Publicado por Revista Pesquisa Fapesp* em 1 de Abril, 2020

*Fundação de Amparo à Pesquisa do estado de São Paulo