Neurological sequelae of COVID-19: Cerebral Micro-Structural Changes

 

The Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus responsible for the COVID-19 pandemic, the disease that paralyzed the entire world and has made a mess on the global economy is capable of causing structural damage in the Central Nervous System according to a study conducted in China and published by Elsevier in early august. As is known, the most common symptoms of this entity are: fever, cough, sneezing, sore throat, respiratory distress and in a minor scale, myalgia and gastrointestinal symptoms such as vomiting and diarrhea.

However, there is more into it: neurological symptoms have been described in patients diagnosed with coronavirus. The most popular of them is the anosmia or smell loss, but in patients with more severe clinical conditions, dizziness, headache and impaired consciousness has been observed. In some European hospitals, it was possible to isolate SARS-CoV-2 RNA in the cerebrospinal fluid, while other works have documented the association of COVID-19 with stroke, encephalitis, cerebral hemorrhages and cerebral venous embolism.

Other scientists have demonstrated by means of pathological methods and post-mortem that the virus is able to cause demyelination, which means degeneration of the neurons structure, accelerating brain aging and neurodegenerative pathologies. This study carried out on the Funyang District, was a comparation between a group of persons diagnosed and recovered from COVID-19 and a group of non-COVID-19 volunteers.

Unlike previous works, the system nervous exploration was in-vivo, through structural MRI and diffusion tensor imaging. This technic is sensitive to the diffusion of water molecules, which allows the build of tridimensional images of the organs in study, as well as determining Mean Diffusivity (MD) and Fractional Anisotropy (FA), markers of white matter injury. This imaging method makes possible to compare every brain component between both groups and their possible structural change.

The Casuistry showed that the group of patients with positive diagnosis (positive PCR), presented neurologic symptoms while hospitalized (between January and February), such as mood change, fatigue, headache, vision change, myalgia, impaired mobility, memory loss, and to a lesser extent, but equally present: taste loss, limb numbness, tremor, smell and hearing loss.

The Magnetic Resonance Imaging, performed three months after the medical discharge, yielded interesting results. On the first place, a growth of the global Grey Matter Volume (GMV) and an alteration in the Mean Diffusivity and the Fractional Anisotropy of the white matter in the COVID-19 group was demonstrated. These findings document a long-term micro-structural changes and white matter lesions present in patients with more than three months recovered.

The brain regions in which an increase of volume was observed were: the Rolandic operculum, the cingulate, the hippocampus and the Heschl’s gyrus, these were statistically correlated with the smell and memory loss. Although the nervous dissemination is possible through the hematogenous or lymphatic way, the enlargement of the olfactory cortex associated to the presence of anosmia in the early stages of the disease, provides evidence that the virus invades the central nervous system through the olfactory bulb with its subsequent dissemination to the rest of the system using the neuro retrograde way.

Now, what would explain the increase in volume? First, neurogenesis is suspected to occur; neuroblasts, cells responsible for restoring nerve structures, migrate to the olfactory bulb and replace interneurons affected by SARS-CoV-2. On the other hand, as a compensatory response to the suppression of the olfactory function and other nervous functions, there is an elongation of neurons and an increase of dendritic spines, thus causing hypertrophy in some brain areas. Therefore, these two reasons could explain the global increase of gray matter volume observed in the imaging studies.

Despite having a limited sample, this paper provides new insights into the long-term neurological sequelae of COVID-19, highlighting the microstructural alterations perpetrated by SARS-CoV-2 in the brain. Eight months after the start of the pandemic, its behavior and its repercussions on all systems of the human body are still being discovered. As of the writing date of this article, no effective treatment has been approved. However, the panorama of vaccines is more hopeful, the most advanced projects promise effective doses for this year.

Reference

Yiping Lu, Xuanxuan Li, Daoying Geng, Et al, Cerebral Micro-Structural Changes in COVID-19 Patients – An MRI-based 3-month Follow-up Study, EClinicalMedicine, 2020

Secuelas neurológicas del COVID-19: Cambios Microestructurales Cerebrales

El Coronavirus Tipo 2 del Síndrome Respiratorio Agudo Grave (SARS-CoV-2), virus causante de la pandemia por COVID-19, la enfermedad que paralizó a todo el mundo y ha generado recesión en la economía mundial es capaz de causar daño estructural en el sistema nervioso según un estudio realizado en China y publicado en The Lancet a principios de agosto. Como es sabido, los síntomas más comunes de esta entidad, son: fiebre, tos, estornudos, dolor de garganta, dificultad respiratoria y en menor medida los dolores musculares y síntomas gastrointestinales como vómitos y diarrea.

Sin embargo, esto no es todo, en pacientes diagnosticados con coronavirus también se han descrito síntomas neurológicos, el más popular de ellos es la anosmia o perdida del olfato, pero en pacientes con clínica mas severa, se ha observado vértigo, dolores de cabeza y alteración de la conciencia. En hospitales de Europa se logró aislar proteínas del SARS-CoV-2 en el líquido cefalorraquídeo, mientras que otros trabajos, asociaron esta patología con ictus, encefalitis, hemorragias cerebrales y embolismo venoso cerebral.

Otros científicos habían demostrado de forma patológica y post-mortem que el virus causaba desmielinización, es decir, degeneración de la estructura nerviosa, acelerando el envejecimiento cerebral y patologías neurodegenerativas. Este estudio realizado realizo en la ciudad de Fuyang, consistió en comparar personas diagnosticadas y recuperados con COVID-19, con un grupo control conformado por individuos sin antecedentes de coronavirus.

A diferencia de los trabajos anteriores, la exploración del sistema nervioso fue in-vivo mediante una técnica de Resonancia Magnética conocida como Imagen Ponderada por Difusión, este método es sensible a la difusión de las moléculas de agua, lo que permite construir imágenes tridimensionales de los organos en cuestión, así como también determinar Difusividad Media (MD) y Fracción Anisotrópica (FA), marcadores de lesión de sustancia blanca. Con este estudio de imagen se buscaba comparar cada uno de los componentes encefálicos entre ambos grupos y sus posibles cambios estructurales.

La casuística mostró que el conjunto de pacientes en estudio con diagnostico positivo (PCR positivo), presentó síntomas neurológicos durante su hospitalización (entre enero y febrero), tales como, cambios de humor, fatiga, cefalea, cambios visuales, mialgia, alteraciones motrices, pérdida de memoria, y en menor proporción, pero igualmente presentes, se describió perdida del gusto, entumecimiento de extremidades, temblores, perdida del olfato y de la audición.

Los estudios de imagen fueron realizados tres meses después del alta médica y arrojaron interesantes resultados. En primer lugar, se demostró un aumento global de Volumen de Sustancia Gris (GMV) y una alteración en la Difusividad Media y Fracción Anisotrópica de la sustancia blanca en el grupo COVID-19. Estos hallazgos documentan cambios microestructurales y lesiones de la sustancia blanca presentes a largo plazo en pacientes con más de tres meses de recuperación.

Las áreas cerebrales en las que se observaron un aumento de volumen, fueron, el opérculo rolandico, la circunvolución del cíngulo, el hipocampo y el área de Heschl, estas, fueron correlacionadas estadísticamente con la perdida de la memoria y el olfato. Aunque la diseminación nerviosa es posible por vía hematógena o linfática, el alargamiento de la corteza olfatoria asociada a la presencia de anosmia en estadios tempranos de la enfermedad, brinda indicios de que el virus invade el sistema nervioso central a través del bulbo olfatorio con su posterior diseminación al resto del sistema por la vía retrograda neuronal.

Ahora bien, ¿Qué explicaría el aumento de volumen? En primer lugar, se sospecha que ocurre neurogénesis; los neuroblastos, células responsables de restaurar las estructuras nerviosas, migran al bulbo olfatorio y reemplazan las interneuronas afectadas por el SARS-CoV-2. Por otro lado, como respuesta compensadora a la supresión de la función olfatoria y otras funciones nerviosas hay un alargamiento de las neuronas y aumento de las espinas dendríticas, causando así, hipertrofia en algunas regiones cerebrales. Estas dos razones podrían explicar el aumento global del volumen de la sustancia gris observado en los estudios de imagen.

A pesar de contar con una muestra limitada, este estudio brinda nuevas luces de las secuelas neurológicas del COVID-19 a largo plazo, dejando en evidencia las alteraciones microestructurales perpetradas por el SARS-CoV-2 en el cerebro. A ocho meses del inicio de la pandemia, aun se sigue descubriendo su comportamiento y sus repercusiones en todos los sistemas del cuerpo humano. Para la fecha de redacción de este articulo no ha sido aprobado ningún tratamiento efectivo. No obstante, el panorama de las vacunas se muestra mas esperanzador, los proyectos mas avanzados prometen dosis efectivas para este mismo año.

Referencia

Yiping Lu, Xuanxuan Li, Daoying Geng, Et al, Cerebral Micro-Structural Changes in COVID-19 Patients – An MRI-based 3-month Follow-up Study, EClinicalMedicine, 2020