Электрофизиологическая и ольфактометрическая оценка долгосрочного влияния COVID-19

18.09.2021

Источник: Wiley Online Library - Physiological reports

Аннотация

Заболевание COVID-19 является чрезвычайной ситуацией в области общественного здравоохранения, число случаев которого растет во всем мире. Его клинические проявления варьируются от бессимптомного и острого респираторного заболевания до синдромов множественной дисфункции органов и последствий COVID-19 в долгосрочной перспективе.
Интересно, что независимо от варианта, все COVID-19 разделяют нарушение обоняния и вкуса.

Мы хотели бы сообщить, насколько нам известно, о первой комплексной нейрофизиологической оценке долгосрочного воздействия SARS-CoV-2 на обонятельную систему с потенциально связанным неврологическим повреждением. Речь идет о военном враче с контролируемой историей болезни, инфицированном в апреле 2020 года первой волной эпидемического распространения во время несения воинской службы в Кодоньо (Милан). У данного пациента мы обнаружили электрофизиологический сигнал на периферии, в то время как его коррелят в области обонятельной луковицы отсутствует в большей степени, чем при записи всего мозга. С этим результатом согласуется отсутствие метаболических признаков активации мозга при обонятельной стимуляции. Следовательно, количественный и качественный диагноз аносмии был поставлен с помощью ольфактометрических тестов.

Мы настоятельно рекомендуем проводить комплексную серию ольфактометрических тестов, начиная с первого признака COVID-19 и последующих обследований пациента. В заключение, электрофизиологические и метаболические тесты обонятельной функции позволили изучить долгосрочные эффекты и установление неврологических последствий.


ВВЕДЕНИЕ
Пандемическое распространение SARS-CoV-2, который передается через инфицированные капли, выделяемые при дыхании, приводит к возникновению COVID-19, который имеет широкий спектр клинических проявлений - от бессимптомного течения и дыхательной недостаточности, требующей поддержки в отделении интенсивной терапии, до синдромов множественной дисфункции органов.

Основным характерным эффектом инфекции, независимо от варианта, является воздействие на обонятельную систему с последующим нарушением обоняния и ассоциативного восприятия вкуса. Это явление было связано с предполагаемым нейротропностью вируса, как это имеет место у других коронавирусов человека. Интересно, что вирусные мишени ACE2 и TMPRSS2 демонстрируют чрезвычайно высокую экспрессию в характерных клетках носового эпителия, бокаловидных и волосковых клетках. Следовательно, эти клетки являются кандидатами в качестве мест первоначальной вирусной инфекции и возможных резервуаров распространения, а SARS-CoV-2 - это оболочечный вирус, который не требует лизиса клеток для высвобождения вируса. Таким образом, вирус может использовать существующие секреторные пути в бокаловидных клетках носа для непрерывного низкоуровневого выделения на ранней стадии без явной патологии. В предварительных наблюдениях обструкция обонятельной щели была оценена как фактор, участвующий в увеличении тяжести заболевания. Ключевым элементом является понимание патофизиологических механизмов, лежащих в основе нарушения обоняния и вкуса при COVID-19, включая потенциальное распространение вируса через обонятельный нейроэпителий и инвазию в обонятельную луковицу и центральную нервную систему.

Следовательно, долгосрочный эффект COVID-19 предполагает большую чрезвычайную ситуацию в области общественного здравоохранения, поскольку он затрагивает миллионы случаев во всем мире.
Мы сообщаем о случае аносмии у пациента, длительное время не госпитализированного после приема COVID-19, обследованного с помощью обонятельного порогового теста (OST-тест - olfactory smart threshold) и электрофизиологических методов: обонятельного потенциала, связанного с событиями (OERP - olfactory event-related potential) и обонятельного теста летучих органических соединений в реальном времени (ORT-VOC-тест - olfactory real-time volatile organic compound).

ИСТОРИЯ БОЛЕЗНИ
Пациент, 34-летний мужчина, был обследован в нашей лаборатории 14 июня 2021 года, поскольку сообщил о симптомах аносмии, агевзии в сочетании с какосмией, связанной с запахом горелого и затхлого; он также сообщил о легкой одышке, мышечной усталости и утомляемости. Клинически пациент выглядит здоровым и в настоящее время не принимает никаких лекарств; жизненные показатели и физикальное обследование были следующими: артериальное давление максимальное 125,8 мм рт. ст. ± 2,89 SD и минимальное 76,6 мм рт. ст. ± 3,27 SD; частота пульса 63,1 раз/мин ± 1,85 SD; частота дыхания 16 раз/мин ± 1,49 SD; температура 36,35℃ ± 0,05 SD; SpO2 97,8% ± 0,63 SD на комнатном воздухе. Рентген грудной клетки показал двусторонние апикальные помутнения в легких, а КТ головного мозга не выявила изменений. Лабораторные анализы и анализ газов крови не выявили никаких отклонений.

Пациент имеет полную историю болезни и является военным врачом, который был направлен в Codogno (Милан, Италия) для участия в регулировании первой чрезвычайной ситуации COVID-19 в марте 2020 года и был инфицирован SARS-CoV-2. После появления симптомов аносмии, агевзии, лихорадки, сильной астении, мышечной боли, дезориентации, легкой амнезии и одышки 4 апреля 2020 года пациент сдал ПЦР-тест, который оказался положительным. ПЦР-тест оставался положительным в течение примерно 30 дней, и первый отрицательный мазок был получен 5 мая 2020 года.

Был проведен предварительный OST-тест (Рисунок 1). OST-тест полезен для предварительного быстрого скрининга обонятельной функции и работает на основе четырех одноразовых пунктов, основанных на пороговом тесте Коннектикутского химиосенсорного клинического исследовательского центра (C.C.C.R.C.) и пороговом тесте возрастного фенотипа итальянской популяции. OST-тест состоит из логарифмической шкалы возрастающих концентраций н-бутанола. Тест включает в себя ответ "ДА" или "НЕТ" на предъявление трех цветных ампул в следующем порядке: зеленой, желтой и красной, обозначающих три возрастающие концентрации н-бутанола, и белой ампулы без запаха, которая является отрицательным контрольным тестом, представленным предварительно. Утвердительный ответ на зеленый флакон считается нормосмией, т.е. у испытуемого нормальное значение обонятельного порога; если ответ отрицательный, испытуемый переходит к следующему цвету. Утвердительный ответ на желтый флакон соответствует оценке гипосмии, т.е. изменению обонятельного порога; при отрицательном ответе испытуемый переходит к красному флакону. Если он отвечает положительно, то это тяжелая гипосмия, то есть значительное изменение обонятельного порога, если отвечает "НЕТ", то это соответствует оценке обонятельного порога аносмии.

РИСУНОК 1. Результаты OST-теста. Пациент не воспринимает ни один из трех стимулов теста с экспоненциально возрастающей концентрацией и, следовательно, оценивается как аносмический.

Результаты исследования обонятельного порога с помощью модифицированного теста Кейна (Cain, 1982; Cain et al., 1983) в сочетании с электрофизиологическими записями (Рисунок 2). OERP - это международная валидированная электрофизиологическая техника для исследования обонятельной системы. Эта оценка является объективным методом наблюдения за изменениями в обонятельной функции, не зависящим от предвзятости ответов пациентов. Наличие OERP является надежным показателем здоровой обонятельной функции; и наоборот, отсутствие OERP свидетельствует о потере обоняния. Поскольку передача обонятельного сенсорного сигнала происходит от обонятельного нейроэпителия, расположенного в носовой полости, к обонятельным луковицам через первые черепные нервы, которые здесь вступают в контакт с нейронами второго порядка - митральными и хохолковыми клетками в гломерулах. Отсюда постсинаптические волокна, образующие обонятельные тракты, направляются к первичным обонятельным областям, которые включают переднее обонятельное ядро, заднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, пириформную кору, миндалину, переднее кортикальное ядро миндалины, перимигдалоидную и энторинальную кору. Пириформная кора связана с таламусом, гипоталамусом и орбитофронтальной корой, а энторинальная кора - с гиппокампом. Таламус имеет связи с вторичными обонятельными областями, такими как OFC и инсулярная кора. Следовательно, OERP являются результатом последовательной активации различных областей мозга, которая начинается с периферии и затрагивает ряд областей мозга. 

Как правило, OERP состоят из негативного компонента, N1, за которым следуют два позитивных компонента, P2 и P3. Ранние компоненты отражают экзогенную активность коры головного мозга, связанную с обнаружением сенсорного входа и первичной сенсорной обработкой, в то время как более поздние компоненты OERP отражают эндогенную активность коры, связанную с вторичной когнитивной обработкой. Латентность (от 530 до 800 мс после начала стимула), амплитуда (приблизительно от 4 до 20 мкв) и форма являются основными параметрами компонентов OERP. OERP являются результатами усредненного значения 10 стимулов, записанных с помощью оборудования лаборатории ЭЭГ (AD-Instruments) в соответствии со стандартной процедурой и обнаруживаются только на периферии при высоких концентрациях (Рисунок 2a). 

Реакция выдыхаемых VOC (Volatile Organic Compounds - летучие органические соединения) на экспоненциально растущую концентрацию н-бутанола регистрировалась с помощью теста ORT-VOC с использованием электронного носа (iAQ-2000; Applied Sensor). Тест ORT-VOC основан на изменениях метаболитов, выдыхаемых при сенсорной стимуляции, по сравнению с нестимулированной базальной записью. Тест ORT-VOC дает незначительный ответ при самой высокой концентрации н-бутанола (OT9) (Рисунок 2b). Сходящиеся результаты указывают на диагноз количественной аносмии.

РИСУНОК 2. Результаты электрофизиологической регистрации модифицированного теста Кейна. (a) Обонятельный потенциал, связанный с событиями, и (b) реакция выдыхаемых ЛОС на увеличение концентрации н-бутанола. ЛОС - летучее органическое соединение.

Кроме того, ольфактометрические исследования представляли собой оценку ольфакторных/ольфакторных, ольфакторных/тригеминальных и ольфакторных/вкусовых ответов с помощью электрофизиологических записей (Рисунок 3). OERP для трех стимуляций присутствуют только на периферии (Рисунок 3b). Для трех стимуляций нет значительных изменений для выдыхаемых ЛОС по сравнению с нестимулированным исходным уровнем (Рисунок 3a).


РИСУНОК 3. Результаты электрофизиологической регистрации ольфакторных, ольфакторных/тригеминальных и ольфакторных/вкусовых реакций. (а) Обонятельный потенциал, связанный с событиями, и (б) ответ выдыхаемых ЛОС на обонятельную/обонятельную, обонятельную/тригеминальную и обонятельно/вкусовую стимуляцию.

Сходящиеся результаты указывают на диагноз качественной аносмии.

Наконец, вкусовая стимуляция надпороговым 0,5 г/мл сахарозы, а также 0,5 г/мл хлорида натрия, 0,5% лимонной кислоты и хинина дала положительный ответ.

ОБСУЖДЕНИЕ
С быстрым увеличением числа пациентов с COVID-19 и появлением различных симптомов и признаков, сообщения о неврологических повреждениях привлекают внимание.

Ранние неврологические нарушения при COVID-19, аносмия и агевзия, представляют большой интерес, поскольку изначально считалось, что SARS-CoV-2 с большим трудом проходит через гематоэнцефалический барьер, но посмертные исследования пациентов и использование усовершенствованных моделей показали: рецептор SARS-CoV-2, ACE2, широко экспрессируется в эндотелиальных клетках микрососудов мозга; S-белок может непосредственно нарушать целостность ВВВ в различной степени; S-белок может вызывать воспалительную реакцию эндотелиальных клеток микрососудов, которая изменяет функцию ГЭБ. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что SARS-CoV-2 может потенциально проникать в мозг через обонятельный путь, изменять ГЭБ и проникать в мозг, приводя к неврологическим проявлениям, с возможностью развития энцефалита.

В данном случае имеются доказательства потенциального неврологического повреждения, по крайней мере, в обонятельной системе. Об этом свидетельствует наличие периферических сигналов в обонятельном сенсорном эпителии, выстилающем турбинаты, что говорит о том, что обонятельные сенсорные нейроны (ОСН) после первоначальной инфекции обновились; на самом деле нормальная регенерация происходит примерно за 30 дней. В отличие от этого, в основной обонятельной луковице или в мозге не было обнаружено никакого сигнала как при пороговой, так и при трех качественных обонятельных стимуляциях. В соответствии с исследованиями, проведенными с использованием OERP на нейродегенеративных формах. Аналогично, анализ ЛОС не выявил метаболических изменений, вызванных обонятельной стимуляцией. Следовательно, диагноз - количественная и качественная аносмия, что согласуется с предыдущими исследованиями. Вкус сохранен, что подтверждает, что нарушение ограничено обонятельным путем, что согласуется с предыдущими исследованиями.

Это можно интерпретировать как нарушение каким-то образом нейронного пути от крибриформной пластинки до обонятельной схемы в мозге, что может отражать потенциальную вирусную нейроинвазию в ЦНС с поражением, по крайней мере, клеточного пути обонятельной системы. Возникает вопрос, гасит ли SARS-CoV-2 свой эффект, нарушая каким-то образом клеточный путь обоняния, или же он может прогрессировать в ЦНС.

Насколько нам известно, это первая комплексная нейрофизиологическая оценка воздействия SARS-CoV-2 на обонятельную систему, показавшая явное неврологическое повреждение, что свидетельствует о необходимости оценки состояния пациента с помощью полного набора ольфактометрических тестов. Раннее воздействие на обонятельную систему является предположительным признаком неврологических изменений, который был обнаружен у одного пациента и должен быть подтвержден исследованиями на более крупных сериях, и поддерживает потенциальную основу для долгосрочных неврологических последствий.

Ключевые слова:
COVID-19, SARS-CoV-2, коронавирус, неврология, нервная система, неврологические проявления, энцефалит, ПЦР-тест, аносмия, неврологические симптомы, агевзия, какосмия, гипосмия, обонятельные тесты, вирусная инвазия, ЦНС, нейроинвазия, нейротропность, лонгковид, long covid, постковид, postcovid

Ссылка: https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.14814/phy2.14992

PMID: 34536067 DOI: 10.14814/phy2.14992

ИСТОЧНИКИ

Cain, W. S. (1982). Sumner's "On testing the sense of smell" revisited. The Yale Journal of Biology and Medicine, 55(5–6), 515– 519.

Cain, W. S., Gent, J., Catalanotto, F. A., & Goodspeed, R. B. (1983). Clinical evaluation of olfaction. American Journal of Otolaryngology, 4, 252– 256.

Cain, W. S., Gent, J. F., Goodspeed, R. B., & Leonard, G. (1988). Evaluation of olfactory dysfunction in the Connecticut chemosensory clinical research center. Laryngoscope, 98(1), 83– 88.

Cascella, M., Rajnik, M., Cuomo, A., Dulebohn, S. C., & Di Napoli, R. (2020). Features, evaluation and treatment coronavirus (COVID-19). In StatPearls [Internet].

Cheng, Q., Yang, Y., & Gao, J. (2020). Infectivity of human coronavirus in the brain. EBioMedicine, 56, 102799.

Chiappelli, F. (2020). Towards neuro-CoViD-19. Bioinformation, 16(4), 288– 292.

Giessel, A. J., & Datta, S. R. (2014). Olfactory maps, circuits and computations. Current Opinion in Neurobiology, 24, 120– 132.

Invitto, S., & Mazzatenta, A. (2019). Olfactory event-related potentials and exhaled organic volatile compounds: The slow link between olfactory perception and breath metabolic response. A pilot study on phenylethyl alcohol and vaseline oil. Brain Sciences, 9(4), 84.

Invitto, S., Piraino, G., Ciccarese, V., Carmillo, L., Caggiula, M., Trianni, G., Nicolardi, G., Di Nuovo, S., & Balconi, M. (2018). Potential role of OERP as early marker of mild cognitive impairment. Frontiers in Aging Neuroscience, 10.

Lechien, J. R., Chiesa-Estomba, C. M., Hans, S., Barillari, M. R., Jouffe, L., & Saussez, S. (2020). Loss of smell and taste in 2013 European patients with mild to moderate COVID-19. Annals of Internal Medicine, 173(8), 672– 675.

Lechien, J. R., Chiesa-Estomba, C. M., Place, S., Van Laethem, Y., Cabaraux, P., Mat, Q., Huet, K., Plzak, J., Horoi, M., Hans, S., Rosaria Barillari, M., Cammaroto, G., Fakhry, N., Martiny, D., Ayad, T., Jouffe, L., Hopkins, C., Saussez, S., Blecic, S., … Cantarella, G. (2020). Clinical and epidemiological characteristics of 1420 European patients with mild-to-moderate coronavirus disease 2019. Journal of Internal Medicine, 288(3), 335– 344. https://doi.org/10.1111/joim.13089

Lötsch, J., & Hummel, T. (2006). The clinical significance of electrophysiological measures of olfactory function. Behavioural Brain Research, 170(1), 78– 83. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbr.2006.02.013

Mazzatenta, A., Neri, G., D'Ardes, D., De Luca, C., Marinari, S., Porreca, E., Cipollone, F., Vecchiet, J., Falcicchia, C., Panichi, V., Origlia, N., & Di Giulio, C. (2020). Smell and taste in severe CoViD-19: self-reported vs. testing. Frontiers in Medicine (Lausanne), 7, 589409. https://doi.org/10.3389/fmed.2020.589409

Mazzatenta, A., Pokorski, M., Di Giulio, C. (2015). Real time analysis of volatile organic compounds (VOCs) in centenarians. Respiratory Physiology & Neurobiology, 209, 47– 51. http://dx.doi.org/10.1016/j.resp.2014.12.014

Mazzatenta, A., Pokorski, M., Di Tano, A., Cacchio, M., & Di Giulio, C. (2016). Influence of sensory stimulation on exhaled volatile organic compounds. Advances in Experimental Medicine and Biology, 884, 75– 79. https://doi.org/10.1007/5584_2015_176

Mazzatenta, A., Pokorski, M., Montinaro, D., & Di Giulio, C. (2015). Chemoresponsiveness and breath physiology in anosmia. Advances in Experimental Medicine and Biology, 837, 35– 39. https://doi.org/10.1007/5584_2014_66

Mazzatenta, A., Pokorski, M., Sartucci, F., Domenici, L., & Di Giulio, C. (2015). Volatile organic compounds (VOCs) fingerprint of Alzheimer's disease. Respiratory Physiology & Neurobiology, 209, 81– 84. https://doi.org/10.1016/j.resp.2014.10.001

Pezzini, A., & Padovani, A. (2020). Lifting the mask on neurological manifestations of COVID-19. Nature Reviews Neurology, 16(11), 636– 644. https://doi.org/10.1038/s41582-020-0398-3

Sungnak, W., Huang, N., Bécavin, C., Berg, M.; HCA Lung Biological Network. (2020). SARS-CoV-2 entry genes are most highly expressed in nasal goblet and ciliated cells within human airways.

Tateyama, T., Hummel, T., Roscher, S., Post, H., & Kobal, G. (1998). Relation of olfactory event-related potentials to changes in stimulus concentration. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology/Evoked Potentials Section, 108(5), 449– 455. https://doi.org/10.1016/s0168-5597(98)00022-7

Tsai, L. K., Hsieh, S. T., & Chang, Y. C. (2005). Neurological manifestations in severe acute respiratory syndrome.

Wang, L., Chen, L., & Jacob, T. (2004). Evidence for peripheral plasticity in human odour response. The Journal of Physiology, 554(Pt 1), 236– 244. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.054726

Wang, L., Hari, C., Chen, L., & Jacob, T. (2004). A new non-invasive method for recording the electro-olfactogram using external electrodes. Clinical Neurophysiology, 115(7), 1631– 1640. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2004.02.010