Viele COVID-19-Patienten, die wochen- oder monatelang mit mechanischer Beatmung behandelt wurden, haben das Bewusstsein selbst nach Absetzen der Sedierung nur langsam wiedererlangt. Ein neuer Artikel in der Proceedings of the National Academy of Sciences stellt die Hypothese auf, dass diese eigentümliche Reaktion der Effekt eines Winterschlaf-ähnlichen Zustands sein könnte, der vom Gehirn aufgerufen wird, um Zellen vor Verletzungen zu schützen, wenn Sauerstoff knapp ist.
Eine sehr ähnliche Art von Zustand, gekennzeichnet durch die gleiche charakteristische Veränderung der Gehirnrhythmen, wird nicht nur bei Herzstillstandspatienten beobachtet, die durch Kühlen ihrer Körpertemperatur behandelt wurden, einer Methode, die „Hypothermie“ genannt wird, sondern auch bei der bemalten Schildkröte, die sich entwickelt hat a Form der Selbstberuhigung, um mit langen Perioden von Sauerstoffmangel oder „Anoxie“ fertig zu werden, wenn es unter Wasser überwintert.
„Wir schlagen vor, dass Hypoxie in Kombination mit bestimmten therapeutischen Manövern einen noch nicht erkannten schützenden herunterregulierten Zustand (PDS) beim Menschen auslösen kann, der zu einer verlängerten Wiederherstellung des Bewusstseins bei schweren COVID-19-Patienten nach Beendigung der mechanischen Beatmung und nach einem Herzstillstand führt Patienten, die mit Hypothermie behandelt werden“, schrieben die Autoren Nicholas D. Schiff und Emery N. Brown. „Bei schweren COVID-19-Patienten postulieren wir, dass die spezifische Kombination aus intermittierender Hypoxie, schwerem metabolischem Stress und GABA-vermittelter Sedierung ein Auslöser für das PDS sein kann.“
Schiff ist Jerold B. Katz Professor für Neurologie und Neurowissenschaften am Feil Family Brain Mind Research Institute der Weill Cornell Medicine. Brown ist Edward Hood Taplin Professor of Medical Engineering and Computational Neuroscience am Picower Institute for Learning and Memory und am Institute for Medical Engineering and Science am MIT. Er ist außerdem Anästhesist am Massachusetts General Hospital und Warren M. Zapol-Professor für Anästhesie an der Harvard Medical School.
Eine motivierende Beobachtung für die Hypothese des Paares ist, dass Patienten mit Herzstillstand, die mit Hypothermie behandelt werden, COVID-19-Patienten mit verlängertem Aufwachen nach Sedierung und Beatmung und die überwinternde bemalte Schildkröte alle ein Gehirnrhythmusmuster aufweisen, das als „Burst-Unterdrückung“ bezeichnet wird. In derselben Zeitschrift beschrieben ShiNung Ching, Brown und Co-Autoren vor einem Jahrzehnt a Modell Dies deutet darauf hin, dass die Burst-Unterdrückung ein Aktivitätsmuster ist, das signalisiert, dass das Gehirn den Energieverbrauch reduziert, wenn keine ausreichenden Vorräte verfügbar sind. Auf diese Weise begrenzt das Gehirn den Schaden, den Neuronen andernfalls ertragen könnten, wenn sie versuchen, mit voller Leistung zu arbeiten.
„Biophysikalische Modellierung hat gezeigt, dass Burst Suppression wahrscheinlich eine Signatur eines neurometabolischen Zustands ist, der die grundlegende Zellfunktion während Zuständen verringerter Energieverfügbarkeit bewahrt“, schreiben die Autoren.
Die Schildkröten scheinen diesen Zustand zu erreichen, indem sie die Freisetzung von GABA, einer Neurotransmitter-Chemikalie, die dafür bekannt ist, die neurale Aktivität im Gehirn zu reduzieren, Stunden, nachdem der Sauerstoff knapp wird, schnell hochfahren. Diese GABA-Freisetzung, die als „endogene Anästhesie für das anoxische Schildkrötengehirn“ bekannt ist, reduziert den Energiebedarf der Gehirnzellen. Die Autoren sehen eine direkte Parallele bei COVID-Patienten, denen häufig Beruhigungsmittel verabreicht werden, deren Wirkung durch GABA vermittelt wird.
Beschleunigung der Genesung
Wenn die Hypothesen von Brown und Schiff richtig sind, schreiben sie, dann könnte es einen prinzipiellen zweiteiligen Ansatz geben, um COVID-Patienten besser aus der Bewusstlosigkeit wiederzubeleben, nachdem die Beatmung entfernt wurde.
Der erste Teil besteht darin, Szeto-Schiller-Peptide (kleine Proteinfragmente) zu verabreichen, von denen bekannt ist, dass sie die Neuronenproduktion des Energiestoffwechselmoleküls ATP verbessern. Dies könnte die Fähigkeit der Gehirnzellen wiederherstellen, Energie zu produzieren, wenn sie in einen aktiveren Zustand zurückkehren.
Der zweite Teil fordert ein Paar Medikamente, die die neurale Aktivität und Kommunikation wiederherstellen, indem sie die Neurotransmitter Glutamat und Acetylcholin fördern und im Wesentlichen der Unterdrückung der neuralen Aktivität und des Stoffwechsels durch GABA entgegenwirken.
„Unsere Analyse sagt die Existenz einer menschlichen Form von PDS voraus, die einer verlängerten Wiederherstellung des Bewusstseins nach der Behandlung von schwerem COVID-19 oder der Behandlung eines mit Hypothermie behandelten Herzstillstands zugrunde liegen könnte“, schrieben Brown und Schiff. „Die mögliche Existenz von menschlichem PDS legt viele überprüfbare Hypothesen für weitere Untersuchungen und die Möglichkeit zur Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien nahe.“
Mehr Informationen:
Schiff, Nicholas D., Schützende herunterregulierte Zustände im menschlichen Gehirn: Eine mögliche Lehre aus COVID-19, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2120221119. doi.org/10.1073/pnas.2120221119