Eine Bewusstseinsverzögerung in schweren Fällen von COVID-19 kann durch neuronalen Winterschlaf verursacht werden

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Ein in der Zeitschrift veröffentlichter Artikel PNAS bietet eine konzeptionelle Analyse zur Interpretation des Gehirnzustands von Patienten mit Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19), die eine verlängerte Bewusstseinserholung erfahren.

Lernen: Schützende herunterregulierte Zustände im menschlichen Gehirn: Eine mögliche Lehre aus COVID-19. Bildnachweis: Jay Ondreicka / Shutterstock

Hintergrund

Eine verlängerte mechanische Beatmung mit mehreren Anästhetika wird häufig zur Behandlung schwerkranker COVID-19-Patienten auf Intensivstationen eingesetzt.

Diese Patienten zeigen nach der Behandlung eine sehr langsame Wiedererlangung des Bewusstseins. Dies könnte auf durch Anästhetika induzierte postoperative neurokognitive Störungen zurückzuführen sein. Ein weiterer wichtiger kausaler Faktor ist eine schwere Hypoxie im Zusammenhang mit einem akuten Atemnotsyndrom bei COVID-19-Patienten. Bei diesen Patienten wird jedoch normalerweise keine Veränderung der Gehirnstruktur beobachtet.

Die Burst-Suppression ist ein elektrisches Muster des Gehirns, das durch einen Wechsel von unterdrückter zerebraler Aktivität und Ausbrüchen zerebraler Aktivität mit variabler Amplitude, Dauer und Wellenform gekennzeichnet ist. Es gilt als Zeichen neuroprotektiver Aktivität. Patienten mit schwerem COVID-19 weisen eine vergleichbare Burst-Suppression auf wie Patienten mit längerer Bewusstlosigkeit nach einem Herzstillstand.

Burst-Suppression wird häufig mit hypoxischen Hirnverletzungen, niedriger Hirntemperatur, hochdosierten Anästhetika, kortikalen Anomalien und schweren Krampfanfällen in Verbindung gebracht. All diese Zustände sind mit einer hypoxiebedingten Verringerung der Stoffwechselaktivität des Gehirns verbunden.

Hypoxie-induzierte Unterdrückung der neuronalen Aktivität als neuroprotektiver Mechanismus

Das Ching-Modell ist ein biophysikalisch basiertes mathematisches Modell zur Untersuchung der Burst-Suppression. Dieses Modell wurde verwendet, um die kognitive Erholung bei Komapatienten nach einem Herzstillstand zu untersuchen, die mit Hypothermie behandelt wurden.

Die Elektroenzephalographie (EEG) der Patienten zeigt eine Burst-Suppression. Alle von ihnen erleben schließlich eine vollständige kognitive und körperliche Erholung. Wie von den Wissenschaftlern erwähnt, spielt die Burst-Suppression, die durch einen reduzierten Hirnstoffwechsel gekennzeichnet ist, bei diesen Patienten eine wesentliche neuroprotektive Rolle.

Trace Alternant ist ein neonatales Schlafmuster, das einen Energiesparzustand widerspiegelt. Das EEG-Muster von Trace Alternant ist signifikant mit dem Burst-Suppression-EEG-Muster assoziiert. Beide Phänomene spiegeln einen wichtigen Ansatz zur Erhaltung der neuralen Integrität durch die Herunterregulierung des Energiestoffwechsels im Gehirn wider.

Das EEG-Muster, das bei einer bemalten Schildkröte, einem Anoxie-resistenten Wirbeltier, beobachtet wird, ist fast identisch mit dem alternierenden Spuren-EEG-Muster. Während des Winters erfährt diese Schildkröte schwere anoxische Bedingungen und zeigt eine ausgeprägte temperaturabhängige neuroprotektive Reaktion.

Die anoxische Exposition erhöht die Freisetzung eines Neurotransmitters (GABA), was wiederum eine Herunterregulierung der neuronalen und metabolischen Aktivitäten im Schildkrötengehirn bewirkt. Dies unterstreicht die Verbindung zwischen anoxischer Exposition und der Etablierung eines neuroprotektiven Zustands.

Bei COVID-19-Patienten ist bekannt, dass schwere Hypoxie neuronale Schäden verursacht. Darüber hinaus ist eine hypoxische Hirnschädigung auch mit der Herunterregulierung der Stoffwechselaktivität verbunden. Zusammengenommen können diese Prozesse den Bewusstseinszustand eines Patienten verändern.

Trotz der Möglichkeit einer Hypoxie-induzierten neuronalen Schädigung weist die bei COVID-19-Patienten nach mechanischer Beatmung beobachtete verlängerte Bewusstseinserholung auf die schützenden Wirkungen einer reduzierten neuronalen Aktivität hin. Dieses Ereignis ähnelt dem, das bei Patienten beobachtet wird, die sich von einem Koma nach einem Herzstillstand erholen, und bei anoxieresistenten Schildkröten.

Längere Bewusstlosigkeit nach schwerem COVID-19 als neuroprotektiver Mechanismus

Anoxie-resistente Schildkröten weisen einen schützenden herunterregulierten Gehirnzustand auf, der dazu beiträgt, den Energiebedarf des Gehirns während systemischer metabolischer Belastung zu reduzieren, die durch Anoxie oder extreme Temperaturen verursacht wird. Solche Schutzmechanismen könnten auch im menschlichen Gehirn vorhanden sein.

In diesem Zusammenhang haben Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt, dass Hypoxie zusammen mit spezifischen Therapeutika (GABAerge Anästhetika und Hypothermie) ähnliche Schutzmechanismen durch globale Unterdrückung des Gehirnstoffwechsels beim Menschen induzieren könnte, was zu einer verlängerten Wiederherstellung des Bewusstseins bei schweren COVID-19-Patienten nach mechanischer Behandlung führt Beatmung oder bei Komapatienten nach Herzstillstand.

Management einer verlängerten Bewusstseinserholung bei COVID-19-Patienten

Bei anoxieresistenten Tieren sollte das Energieniveau des Gehirns nach einer Anoxie-Exposition aufrechterhalten werden, um einen neuronalen Tod zu verhindern. Bei COVID-19-Patienten wird erwartet, dass Hypoxie und Entzündung eine mitochondriale Dysfunktion verursachen. Daher können therapeutische Interventionen zur Stimulierung der mitochondrialen Energieproduktion von schweren COVID-19-Patienten profitieren, die nach mechanischer Beatmung eine verlängerte Bewusstseinserholung erfahren.

Szeto-Schiller-Peptide werden derzeit klinisch auf ihre Fähigkeit hin untersucht, das Energieniveau der Mitochondrien bei gealterten Nagetieren schnell auf das von jungen Nagetieren wiederherzustellen. Diese Peptide wirken, indem sie die mitochondriale ATP-Produktion erhöhen, was wiederum dazu beiträgt, die posthypoxische neuronale Schädigung (ATP-Therapie) zu mildern.

Schwere COVID-19-Patienten könnten mit einer Kombination aus direkter ATP-Therapie und pharmakologischen Wirkstoffen zur Behandlung kognitiver Beeinträchtigungen behandelt werden. In diesem Zusammenhang könnte Amantadin, das glutamaterge Medikament der ersten Wahl zur Behandlung von Bewusstseinsstörungen, in Kombination mit Donepezil, einem cholinergen Agonisten, als wirksame Strategie zur Überwindung neurologischer Defizite nach COVID eingesetzt werden.

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