Assessment of humoral immunity to SARS-CoV-2 by a sample examination of medical workers in a large specialized multidisciplinary hospital

Full Text

Введение

Пандемия COVID-19 остаётся одной из главных мировых проблем. Ежедневно регистрируются сотни тысяч заболевших в день, погибли более 6 млн человек¹. Среди всех групп населения, вовлечённых в эпидемический процесс, особого внимания заслуживают медицинские работники, которые чаще других контактируют с источниками коронавирусной инфекции, подвергаясь массивной вирусной атаке². По данным ВОЗ, в мире только в 2021 г. от COVID-19 умерли 115 тыс. медицинских работников³. Однако это далеко не полные данные, т.к. по результатам проводимых сероэпидемиологических исследований популяционного иммунитета, прежде всего, по наличию IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2, известно, что эпидемический процесс SARS-CoV-2 гораздо интенсивнее, чем характеризующие его официальные данные о заболеваемости. За время борьбы с пандемией многие сотрудники лечебных учреждений успели приобрести естественный иммунитет⁴, сформировавшийся после заболевания, перенесённого не только в клинически выраженной, но и в малосимптомной стёртой форме [1].

Вирусная угроза SARS-CoV-2 сохраняется. Однако в скором времени важную роль будет играть иммунологический фактор течения пандемии, сформированный в том числе посредством вакцинации. К настоящему времени стало известно, что эффективность вакцин против COVID-19 со временем ослабевает, а это требует проведения дополнительных курсов вакцинации [2, 3]. Вопросы наличия антител и их защитных уровней как после вакцинации, так и после перенесённого заболевания остаются дискуссионными и требуют дополнительного изучения [4, 5].

Целью нашего исследования явилось определение наличия IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2, их уровня и характера иммунитета у сотрудников стационара закрытого типа в разных возрастных и профессиональных группах после завершённой вакцинации «Гам-КОВИД-Вак».

Материалы и методы

В исследование были включены сыворотки крови 310 сотрудников, что составило 24,1% работающих в крупном специализированном многопрофильном психиатрическом стационаре закрытого типа — Психиатрической больнице им. В.И. Яковенко. Исследование проводилось при добровольном информированном согласии пациентов. Протокол исследования одобрен Этическим комитетом НИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова (протокол № 9 от 09.12.2022).

Биологический материал был отобран в период с сентября 2021 г. по октябрь 2021 г. На момент проведения исследования, согласно официальным статистическим данным, все сотрудники были привиты двукратно вакциной «Гам-КОВИД-Вак» в период с марта 2021 г. по сентябрь 2021 г. Была разработана анкета для получения сведений о вакцинации, дате введения второго компонента, дате рождения, должности, отделении, стаже, а также сведений об официально подтверждённом перенесённом заболевании и ранее проведённых исследованиях по определению IgM- и IgG-антител к антигену SARS-CoV-2 в сыворотке крови (на базе лаборатории Морозовской ДГКБ, РУ 2020/10177).

С целью проведения анализа по профессиональному и возрастному признакам все обследованные сотрудники были разделены на следующие группы: врачи, средний медицинский персонал, младший медицинский персонал, администрация, прочие; по возрасту: 20–29, 30–39, 40–49, 50–59 и 60+ лет.

Определение IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 проводили с использованием Набора реагентов для качественного иммуноферментного определения IgG-антител к SARS-CoV-2 в сыворотке или плазме крови человека «SARS-CoV-2-ИФА-IgG», («МедипалТех», Россия) по ТУ 21.20.23-004-28597318-2020, РЗН 2021/15898 от 30.11.2021. Для количественного определения антител применяли калибраторы, представляющие собой последовательные разведения стандартного образца ВОЗ (NIBSC code: 20/136).

Определение IgG к Nucleoprotein SARS-CoV-2 проводили следующим образом в лунки планшета (иммуносорбента) с иммобилизованным рекомбинантным антигеном Nucleoprotein SARS-CoV-2 вносили образцы сывороток в разведении 1 : 100 в 0,02 М фосфатном буферном растворе рН 7,2, содержащем 0,2% бычьего сывороточного альбумина, 0,05% Tвин 20. После инкубирования в течение 30 мин и отмывки вносили по 100 мкл моноклональных антител к IgG человека, конъюгированных с пероксидазой хрена в разведении 1 : 15 000–1 : 40 000. Повторяли этап инкубирования и вносили по 100 мкл 33 мМ цитратного буферного раствора рН 4,0, содержащего 0,01% перекиси водорода и 0,5 мМ 3,3',5,5'-тетраметилбензидина. Через 15 мин реакцию останавливали добавлением 100 мкл 2N серной кислоты, измеряли оптическую плотность (ОП) в двухволновом режиме при основной длине волны 450 нм и длине волны сравнения 680 нм.

Порог отсечения положительных образцов от отрицательных оценивали путём сравнения значений индексов позитивности (ИП) анализируемых сывороток:

ИП = ОП_О/ОП_П,

ОП_П = ОП_ср.к + 3σ,

где ОП_О — ОП образца, ОП_П — ОП пороговая, ОП_ср.к — среднее арифметическое значение регистрируемого сигнала для выборки сывороток крови пациентов, полученных до ноября 2019 г. Результат анализа считали положительным при ИП ≥ 1,1, отрицательным — при ИП < 0,9, неопределённым — при 0,9 ≤ ИП < 1,1.

Для установления характера иммунитета были использованы данные анамнеза пациентов и результаты исследования на наличие IgG-антител к нуклеокапсидному (NC) белку SARS-CoV-2. Поскольку антитела к NC-белку могли образоваться только после перенесённой инфекции, эти исследования позволили выявить наличие специфического гибридного иммунного ответа к COVID-19, сформированного как после вакцинации «Гам-КОВИД-Вак», так и после перенесённого заболевания — бессимптомного или малосимптомного.

В соответствии с полученными данными все сотрудники учреждения были разделены на три группы:

• 1-я группа — гибридный иммунитет — IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 в результате проведённой вакцинации и перенесённого заболевания COVID-19 (также были обнаружены IgG-антитела к NC SARS-CoV-2);
• 2-я группа — поствакцинальный иммунитет — IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 после вакцинации «Гам-КОВИД-Вак»;
• 3-я группа — IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 отсутствовали.

Проведены расчёты средних геометрических уровней антител и 95% доверительных интервалов (ДИ) по методу Клоппера–Пирсона⁵.

Для оценки достоверности различий применяли t-критерий Стьюдента, для сравнения уровня выявленных антител в группах пациентов — критерий Манна–Уитни. Использовано программное обеспечение «Origin 2019b» («OriginLab Corporation») и «Microsoft Office Excel 2019» («Microsoft»).

Результаты

По результатам исследования сывороток на IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 установлено, что из 310 обследованных сотрудников специализированного стационара, привитых 2 дозами против COVID-19 вакциной «Гам-КОВИД-Вак», антитела были обнаружены у 288 (92,9%). У 22 (7,1%) обследованных привитых антитела были менее 13 BAU/мл, что интерпретируется как отсутствие специфического иммунного ответа у этих сотрудников, медианное время после вакцинации составило 93 дня.

Определено, что 67,4% (95% ДИ 61,9–72,6%) составляют лица с гибридным иммунитетом, 25,5% (95% ДИ 20,7–30,7%) — лица с поствакцинальным иммунитетом после иммунизации вакциной «Гам-КОВИД-Вак», 7,1% (95% ДИ 4,5–10,6%) — неиммунные. Разность между лицами с гибридным и поствакцинальным иммунитетом достоверная (t > 2).

Во всех профессиональных группах выявлялись лица с разными видами иммунитета: гибридным, поствакцинальным и с отсутствием IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2. При этом удельный вес лиц с гибридным иммунитетом также превалировал во всех профессиональных категориях, находясь в пределах от 76,1% (максимальный уровень среди младшего обслуживающего персонала) до 55,2% (минимальный уровень среди врачей; рис. 1).

 

Рис. 1. Сравнительные данные по видам иммунитета в различных профессиональных группах.

Fig. 1. Comparative data on types of immunity in various occupational groups.

 

У сотрудников с поствакцинальным иммунитетом наибольший удельный вес иммунных был отмечен среди врачей (37,9%), затем среднего медицинского персонала, прочего, младшего, администрации (рис. 1).

Важно подчеркнуть, что во всех профессиональных группах определялись лица, не имеющие IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2. Больше всего таких сотрудников было среди представителей администрации (17,6%) и только 3,4% — среди младшего медицинского персонала (рис. 1).

Во всех возрастных группах превалировали лица с наличием гибридного иммунитета. Наиболее высокий удельный вес сотрудников с таким видом иммунитета отмечен в возрастной группе 50–59 лет (72,3%), далее следовала возрастная категория 60 лет и старше, 40–49, 30–39 и 20–29 лет (рис. 2). Среди лиц с поствакцинальным иммунитетом наибольший удельный вес лиц с наличием IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 отмечен в возрастной группе 20–29 лет (42,9%), самый низкий — среди лиц 50–59 лет (18,1%). Сотрудники с серонегативными результатами встречались во всех возрастных группах, наибольший удельный вес таких лиц отмечен в возрастной группе 50–59 лет (9,6%).

 

Рис. 2. Сравнительные данные по видам иммунитета в различных возрастных группах.

Fig. 2. Comparative data on types of immunity in different age groups.

 

Количественная оценка уровня специфических антител всей когорты обследованных медицинских сотрудников показала, что уровень IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 150–300 BAU/мл был выявлен у 41,9% медицинских работников, IgG к RBD Spike SARS-CoV-2 от 13–150 BAU/мл — у 39,4%, более 300 BAU/мл — у 11,6%, оставшиеся 7,1% сотрудников имели IgG к RBD Spike SARS-CoV-2 менее 13 BAU/мл.

При расчёте средней геометрической количественного титра IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 у лиц с гибридным иммунитетом оказалась выше (162,4 BAU/мл), чем у лиц с поствакцинальным иммунитетом (104,5 BAU/мл).

При сравнительной количественной оценке уровней антител у лиц с гибридным и с поствакцинальным иммунитетом установлено что более высокий уровень IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 (р < 0,01) был в группе медработников с гибридным иммунитетом. При этом в когорте с уровнем антител >300 BAU/мл 88,9% составили сотрудники с гибридным иммунитетом, а 11,8% — лица с поствакцинальным иммунитетом. Среди всех привитых у 7,1% лиц уровень антител составил менее 13 BAU/мл (таблица).

 

Результаты количественного определения уровня IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 в соответствии со стандартом ВОЗ NIBSC 20/136

Results of quantitation of IgG antibodies to RBD Spike SARS-CoV-2 against the WHO standard NIBSC 20/136

IgG-антитела, BAU/мл IgG antibodies, BAU/ml	Всего, абс. (%) Total, abs. (%)	В том числе с гибридным иммунитетом, % (95% ДИ) Including hybrid immunity, % (95% СI)	В том числе с поствакцинальным иммунитетом, % (95% ДИ) Including post-vaccination immunity, % (95% СI)
<13	22 (7,1%)	–	–
13–150	124	62,9 (53,8–71,4)	37,1 (28,6–46,2)
150–300	128	77,3 (69,1–84,3)	22,7 (15,7–30,9)
>300	36	88,9 (73,9–96,9)	11,1 (3,1–26,1)
Итого | Total	310	67,4 (61,9–72,6)	25,5 (20,7–30,7)

 

В соответствии с критерием Манна–Уитни более высокий уровень антител выявлен у младшего и старшего медицинского персонала с гибридным иммунитетом (р = 0,05). Между остальными группами достоверной разницы не обнаружено, возможно, в связи с небольшим количеством пациентом в ряде групп.

IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 в сроки до 3 мес определялись у 62,8% сотрудников, от 3 до 6 мес — у 25% и от 6 мес — у 12,2%.

Обсуждение

На сегодняшний день работ по изучению иммунитета после проведённой иммунизации, перенесённого заболевания или и того и другого недостаточно, а систематические обзоры практически отсутствуют. Проведённая нами работа позволяет дать некоторую оценку гуморального иммунитета полностью привитых медицинских работников. Имеющиеся данные по исследованию иммунитета среди медицинских работников характеризуются вариабельностью значений в зависимости от сроков вакцинации, даты заболевания, тяжести течения и ряда других причин. Например, в Москве до проведения массовой вакцинации IgG-антитела к вирусу SARS-CoV-2 обнаруживались у 22,1% медицинских работников, в Казани — у 16,4%, в Санкт-Петербурге — у 27,1%, что было обусловлено исключительно наличием постинфекционного иммунитета [6, 7]. По данным зарубежных исследований, в 2020–2021 гг. распространённость IgG-антител к SARS-CoV-2 составила 12,4% в США, 7,7% в Европе, 4,8% в Восточной Азии. В более поздних работах, проводимых в России, удельный вес медицинских работников с наличием IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV после вакцинации и перенесённого заболевания увеличился и составил 82,6% в Архангельской области и 99,4% на Среднем Урале [8, 9].

В нашем исследовании доля медицинских сотрудников с IgG-антителами к RBD Spike SARS-CoV-2, сформировавшимися как после вакцинации «Гам-КОВИД-Вак», так и в результате перенесённого заболевания, составила 92,9% и только у 7,1% отсутствовал специфический иммунный ответ. Установлено также, что 67,4% сотрудников имеют специфические IgG-антитела к NC-белку, что указывает на приобретение их в результате встречи с «диким» вирусом и возможностью перенести заболевание COVID-19 в малосимптомной или бессимптомной форме, в то время как анамнестические данные свидетельствовали о перенесённом ранее заболевании только у 15,8% сотрудников, участвующих в исследовании. Наши результаты также указывают на то, что среди обследованных превалирует доля лиц с гибридным иммунитетом — 67,4% (95% ДИ 62,18–72,62%) против 25,5% (95% ДИ 20,65–30,35%) у только вакцинированных.

Больше всего нами было выявлено сотрудников с гибридным иммунитетом в категории младшего медицинского персонала, что, возможно, связано с более близкими и более длительными контактами при уходе за пациентами и неполным соблюдением ими санитарно-противоэпидемического режима. Среди врачебного персонала гораздо ниже, чем среди других категорий персонала, удельный вес лиц с гибридным иммунитетом и выше удельный вес лиц, привитых против SARS-CoV-2, что указывает на значительно меньшие контакты с пациентами, более высокие ответственность, грамотность и настороженность лиц этой категории.

Мы также выявили, что в старших возрастных категориях (50–59 и 60+ лет) удельный вес лиц с гибридным иммунитетом (IgG к RBD Spike SARS-CoV-2 и IgG к NC-белку) превалировал и составлял 72,3 и 67,1% соответственно, что совпадает с данными официальной статистики по заболеваемости COVID-19. По итогам 2021 г. в возрастных группах старше 50 лет удельный вес заболевших составил 44% [10]. С поствакцинальным иммунитетом более высокий удельный вес лиц с наличием IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 был отмечен среди лиц 20–29 лет (42,9%). По зарубежным данным, в США более высокая распространённость IgG-антител среди медицинских работников отмечена у лиц младше 40 лет, в Европе и Восточной Азии — среди медицинских работников старшего возраста, у лиц в возрасте 18–29 лет выявлен максимальный показатель серопозитивных результатов (21,0%), в группе 60–69 лет — 18,2%, 35–54 лет — 54,5% [11–13].

Известно, что около 10% населения не вырабатывают антитела, что может быть связано с особенностями иммунной системы или другими причинами. В проведённом нами исследовании 7,1% медицинских работников оказались неиммунными. Наибольший удельный вес таких лиц отмечен среди администрации (17,6%) и среди лиц в возрасте 50–59 лет (9,6%), часть из которых также были представителями администрации. Полученные результаты требуют дополнительного изучения.

В ходе исследования получены данные о количественном уровне IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2. Удельный вес сотрудников с защитными уровнями антител 300 BAU/мл и более составил только 11,6% из всех обследованных, доля лиц с гибридным иммунитетом превалировала над теми, кто имел такие же уровни после проведённой иммунизации (10,3% против 1,3%). Однако на сегодняшний день не известно, как долго сохраняются антитела после курса вакцинации и ревакцинации, а также после перенесённого заболевания и каков должен быть их защитный уровень, т.к. общепринятого уровня антител, необходимого для защиты, на данный момент не существует. Иммунный ответ на инфекцию у разных людей оказывается весьма вариабельным. По данным S. Feng и соавт., защитным является уровень IgG-антител не менее 300 BAU/мл [14]. Необходимо отметить, что после вакцинации против SARS-CoV-2 длительность циркуляции IgG-антител неодинакова и во многом зависит от индивидуальных особенностей организма. В нашем исследовании IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 в большем проценте случаев выявлялись на более ранних сроках от начала вакцинации: до 3 мес — у 62,8%, 3–6 мес — у 25%, от 6 мес — у 12,2%. Похожие данные получены другими исследователями, определявшими сохранение напряженного поствакцинального иммунитета не менее 6 мес [15].

Полученные результаты серологического исследования с учётом возрастных и профессиональных аспектов могут служить основой для корректировки профилактических мероприятий в медицинских учреждениях.

Выводы

1. Специфические IgG-антитела к RBD Spike SARS-CoV-2 обнаружены у 92,9% обследованных лиц.
2. Установлено, что 67,4% составляют лица с гибридным иммунитетом, 25,5% — лица с поствакцинальным иммунитетом после иммунизации вакциной «Гам-КОВИД-Вак», 7,1% — неиммунные.
3. Доля лиц с гибридным иммунитетом превалировала среди профессиональных групп среднего медицинского персонала, младшего, администрации и прочего персонала, а также возрастных групп 30–39, 40–49, 50–59 и 60+ лет.
4. Более высокий уровень IgG-антител к RBD Spike SARS-CoV-2 выявлен в группе лиц с гибридным иммунитетом (р < 0,01).
5. Защитный уровень антител более 300 BAU/мл имели только 11,6% сотрудников.

 

¹ Coronavirus Monitorus. Онлайн-карта распространения коронавируса COVID-19. URL: https://coronavirus-monitorus.ru/#stat

² 35МЕДИА. Ковид-19: самые «болеющие» профессии. URL: https://35media.ru/articles/2020/11/17/kovid-19-samye-boleyushhie-professii

³ WHO. The impact of COVID-19 on health and care workers: a closer look at deaths. Electronic resource. URL: https://www.who.int/publications/i/item/WHO-HWF-WorkingPaper-2021.1

⁴ NIPH. COVID-19-EPIDEMIC: Immunity after SARS-CoV-2 infection — a rapid review. URL: https://www.fhi.no/globalassets/dokumenterfiler/rapporter/2020/immunity-after-sars-cov-2- infection-1st-update-report-2020.pdf

⁵ Калькулятор доверительного интервала биномиальной вероятности.  URL: https://www.danielsoper.com/statcalc/calculator.aspx?id=85

About the authors

Alyona A. Murzina

I.I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera

Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9029-9613

junior researcher

Россия, Moscow

Olga V. Borisova

I.I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera

Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7664-2945

Cand. Sci. (Chem.), Head, Laboratory of medical biotechnology

Россия, Moscow

Igor B. Kalnin

Psychiatric Hospital named after V.I. Yakovenko

Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8807-8245

Cand. Sci. (Med.), Hospital epidemiologist

Россия, Meshcherskoe, Moscow region

Evgenia A. Medvedeva

Russian Academy of Sciences

Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7786-3777

Cand. Sci. (Med.), Chief Specialist, Department of Medical Sciences of the Russian Academy of Sciences

Россия, Moscow

German G. Marin

Russian Academy of Sciences

Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2179-8421

D. Sci. (Med.), Professor, deputy Academician- Secretary for Scientific and Organizational Work, Department of Medical Sciences of the Russian Academy of Sciences

Россия, Moscow

Alla N. Kaira

I.I. Mechnikov Research Institute for Vaccines and Sera

Author for correspondence.
Email: alena_11_08@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9378-6414

D. Sci. (Med.), Head, Laboratory for epidemiological analysis and monitoring of infectious diseases

Россия, Moscow

References

Supplementary files