[Flickr/NIH]

Una investigación reciente ha estudiado los patrones metabólicos del sistema nervioso central en pacientes de COVID-19 para intentar desvelar cuáles son las regiones cerebrales que guardan relación con los síntomas neuropsiquiátricos que aparecen en algunas personas. Además, este trabajo también ha arrojado luz sobre el posible mecanismo a través del cual el coronavirus provocaría estos cambios en el cerebro.

Un poco de contexto

La COVID-19 es una enfermedad infecciosa causada por el coronavirus SARS-CoV-2 cuyos síntomas más conocidos son los problemas respiratorios. Además, esta enfermedad también puede tener efectos neurológicos, pero esto no es nuevo en los coronavirus. Antes de la aparición en escena del SARS-CoV-2, los científicos conocían otros 6 tipos de coronavirus que infectaban a los humanos. De los cuales, 4 de ellos causan entre 15% y el 30% de las infecciones del tracto respiratorio superior con síntomas leves. A los otros dos restantes se les conoce porque provocaron las epidemias del SARS (2002-2003) y el MERS (2012). Todos estos coronavirus, tanto los más inocuos como los más peligrosos, se han asociado con problemas en el sistema nervioso central y periférico.

Las complicaciones neurológicas por el SARS, el MERS o la COVID-19 son raras. Sin embargo, debido a que el SARS-CoV-2 tiene una gran capacidad de contagio, una pequeña proporción de una considerable cantidad de infectados significa un gran número de casos. Algunos autores han estimado que los pacientes de COVID-19 con afecciones en el sistema nervioso podrían rondar aproximadamente entre el 0,09% y el 0,36%. En el momento de escribir la entrada de este blog, con 109.981.805 de infectados en todo el mundo, podríamos encontrarnos entre 98.984 y 395.934 casos.

Pues bien, algunas complicaciones neuropsiquiátricas relacionadas con la COVID-19 son las encefalopatías, la encefalitis y el trastorno mixto ansioso-depresivo. Los mecanismos por los que el SARS-CoV-2 produce estos efectos están poco estudiados. En la actualidad, los investigadores barajan las siguientes 3 posibles hipótesis sobre cómo se producirían:

1) A través del efecto directo del virus en el cerebro.

2) Por el efecto indirecto del coronavirus mediante una respuesta inflamatoria muy fuerte que dañaría al sistema nervioso.  

3) O como resultado de los diversos efectos de la enfermedad en todo el cuerpo.

Por ello, un grupo de investigadores ha utilizado la tomografía por emisión de positrones para visualizar los cambios que ocurren el cerebro de los pacientes con COVID-19 cuando desarrollan afecciones neuropsiquiátricas. Concretamente, en esta investigación se han estudiado los patrones metabólicos de la glucosa en pacientes que sufrían encefalopatía relacionada con esta enfermedad.

La tomografía por emisión de positrones en el cerebro

Figura 1. La tomografia por emisión de positrones (PET, por sus siglas en inglés) y el cerebro. Los radiotrazadores se inyectan en concentraciones muy pequeñas para que un escaner de tomografía por emisión de positrones registre la distribución de la radiactividad en el cerebro. Con esta información se reconstruyen las imágenes que posteriormente serán analizadas por los científicos. Extraído y modificado de <em>Igor C. Fontana et al.</em> (2020).

Esta técnica de imagen médica se basa en la detección de la radiactividad emitida por un compuesto marcado con un radioisótopo inyectado en una vena periférica (figura 1). Gracias a la tomografía por emisión de positrones se pueden realizar estudios cuantitativos sobre el flujo sanguíneo, el metabolismo, la distribución de los neurotransmisores o los fármacos. Además, esta tecnología permite monitorizar los cambios en el cerebro en diferentes momentos durante el desarrollo de una enfermedad. 

El compuesto radiomarcado que utilizan en esta investigación, publicada en la revista European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, es la 18F-Fluorodesoxiglucosa (18F-FDG). Esta molécula es la más utilizada por la tomografía por emisión de positrones en diferentes campos. En el contexto de la neuroimagen, una reducción de la captación de la 18F-FDG (hipometabolismo) por una región del cerebro podría relacionarse con una disfunción sináptica, una peor comunicación entre neuronas. Por otro lado, un incremento en la captación de esta molécula (hipermetabolismo) podría reflejar cambios producidos en la actividad neuronal derivados de una inflamación.

El estudio

Los científicos estudiaron los patrones metabólicos de la captación de 18F-FDG en el cerebro de 7 pacientes que presentaban una encefalopatía relacionada con la COVID-19. Esta investigación se realizó en diferentes momentos para poder entender como cambiaban los patrones cerebrales según iba evolucionando la enfermedad. Además de los estudios de imagen, a los pacientes se les realizaron varios test para evaluar el estado de sus capacidades cognitivas (atención, memoria de trabajo, cognición social, etc.) y los resultados se compararon con 32 personas sanas.

En las imágenes se apreciaba que los pacientes exhibían hipometabolismo en una amplia región cerebral que incluía la corteza prefrontal, la circunvolución del cíngulo anterior, la ínsula y el núcleo caudado (figura 2). Este estudio también sugirió que estas áreas pueden quedar dañadas hasta 6 meses después del comienzo de la enfermedad con diferente grado de variabilidad entre los pacientes. Estos hallazgos, junto con los de otras investigaciones, refuerzan la hipótesis del deterioro del lóbulo frontal en pacientes con encefalopatía relacionada con la COVID-19.

Figura 2. Cambios metabólicos en el cerebro del grupo de los pacientes en la fase aguda de la enfermedad, un mes después y a los 6 meses del comienzo de la COVID-19 con respecto a las personas sanas. La imagen muestra las regiones cerebrales con una disminución en el metabolismo de la glucosa en azul (hipometabolismo) y con un aumento del metabolismo en naranja (hipermetabolismo). a) En la fase aguda las imágenes muestran hipometabolismo en la corteza prefrontal bilateral con predominancia derecha, la insula anterior, la circunvolución del cíngulo anterior y el núcleo caudado. Además, los pacientes también mostraron un leve hipermetabolismo en dos regiones del cerebelo (el vermis y el núcleo dentado) y en el puente tronco encefálico. b) Un mes más tarde, la disminución del metabolismo se limitó al área mediofrontal, al área dorsolateral derecha, al giro recto, la ínsula, al núcleo caudado derecho y al cerebelo. c) Por ultimo, 6 meses después del inicio de la enfermedad, la disminución del metabolismo se observó en las mismas regiones, pero con una menor extensión. Extraído y modificado de <em>Aurélie Kas et al.</em> (2021).

La ínsula, la circunvolución del cíngulo anterior y el núcleo caudado forman una red de áreas relacionadas funcionalmente. La disminución de la captación de 18F-FDG en estas regiones podría considerarse como el origen de las alteraciones motivacionales y emocionales observadas en los siete pacientes. Además, este trabajo también sugiere que el tálamo y el puente tronco encefálico podrían verse afectados, contribuyendo a los déficits del control respiratorio en algunas personas.

Los pacientes fueron mejorando en el transcurso de la enfermedad tanto en los exámenes neurológicos como en los resultados metabólicos obtenidos mediante tomografía por emisión de positrones. Sin embargo, algunos déficits cognitivos y el hipometabolismo en la región prefrontal permanecieron 6 meses después del comienzo de la COVID-19. Asimismo, los investigadores observaron que los síntomas de ansiedad y depresión concordaban con la disminución metabólica en la ínsula derecha (un área relacionada con el trastorno de estrés postraumático).

Por último, los resultados de este estudio apoyaron al efecto indirecto del coronavirus en el cerebro a través de la inflamación periférica como mecanismo subyacente de los trastornos neuropsiquiátricos en encefalopatías relacionadas con la COVID-19. Algunas de las pistas que apoyaron esta conclusión fueron la presencia de moléculas relacionadas con la inflamación y la ausencia del virus en el líquido que rodea al sistema nervioso.

Este interesante trabajo nos ayuda a entender las bases neurológicas de los problemas neuropsiquiátricos relacionados con la COVID-19. Además, da pie a utilizar la tomografía por emisión de positrones para evaluar el estado de las personas con este tipo de afecciones y ayudar en la búsqueda del mejor tratamiento para cada paciente.

Bibliografia

1. Kas, A., Soret, M., Pyatigoskaya, N., Habert, M. O., Hesters, A., Le Guennec, L., Paccoud, O., Bombois, S., Delorme, C., & on the behalf of CoCo-Neurosciences study group and COVID SMIT PSL study group (2021). The cerebral network of COVID-19-related encephalopathy: a longitudinal voxel-based 18F-FDG-PET study. European journal of nuclear medicine and molecular imaging, 1–15. Advance online publication. https://doi.org/10.1007/s00259-020-05178-y

2. Ellul, M. A., Benjamin, L., Singh, B., Lant, S., Michael, B. D., Easton, A., Kneen, R., Defres, S., Sejvar, J., & Solomon, T. (2020). Neurological associations of COVID-19. The Lancet. Neurology, 19(9), 767–783. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(20)30221-0

3. Fontana, I. C., Bongarzone, S., Gee, A., Souza, D. O., & Zimmer, E. R. (2020). PET Imaging as a Tool for Assessing COVID-19 Brain Changes. Trends in neurosciences, 43(12), 935–938. https://doi.org/10.1016/j.tins.2020.10.010

4. Liu, X., Shan, W., Zhao, X., Ren, J., Ren, G., Chen, C., Shi, W., Lv, R., Li, Z., Liu, Y., Ai, L., & Wang, Q. (2020). The Clinical Value of 18 F-FDG-PET in Autoimmune Encephalitis Associated With LGI1 Antibody. Frontiers in neurology, 11, 418. https://doi.org/10.3389/fneur.2020.00418

Ángel García de Lucas
Ángel García de Lucas

Investigador Marie Skłodowska-Curie en el laboratorio de imagen molecular preclínica del sistema nervioso central del Centro PET Turku en la Universidad de Turku. Como neurocientífico ha trabajado en el campo de la neurobiología del dolor en la Universidad de Alcalá y como investigador de imagen biomédica ha realizado su tesis doctoral en el campo de la oncología en el Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

 
Sobre este blog

Explorando el sistema nervioso a través de las imágenes. 

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