Einführung
Das Coronavirus SARS-CoV-2, das die COVID-19-Erkrankung verursacht, hat sich weltweit rasant ausgebreitet und stellt eine erhebliche Bedrohung für die Gesundheitssysteme und die globale Bevölkerung dar. Neben den bekannten Symptomen wie Lungenentzündung wurden auch neurologische Komplikationen bei COVID-19-Patienten festgestellt. Um die Auswirkungen des Virus auf das Gehirn besser zu verstehen, wurden Studien an Tiermodellen, insbesondere an Affen, durchgeführt. Diese Studien liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie SARS-CoV-2 in das Gehirn eindringen, sich dort ausbreiten und Schäden verursachen kann.
Neurologische Auswirkungen von COVID-19
COVID-19 kann im Gehirn weit mehr anrichten als nur verschwommenes Denken, auch bekannt als "Brain Fog". Die neurologischen Symptome reichen von Kopfschmerzen, Angstzuständen, Depressionen, Halluzinationen und lebhaften Träumen bis hin zu den bekannten Geruchs- und Geschmacksanomalien. Auch Schlaganfälle und Krampfanfälle wurden im Zusammenhang mit COVID-19 beobachtet. Eine Studie ergab, dass bei mehr als 80 Prozent der untersuchten Corona-Patienten neurologische Komplikationen auftraten.
Wie dringt SARS-CoV-2 ins Gehirn ein?
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen derzeit intensiv, wie das Virus in das eigentlich gut geschützte Gehirn eindringt und sich dort breitmacht. Eine Hypothese ist, dass das Virus über den Oberflächenrezeptor NRP1, der auf Nervenzellen des Gehirns und der Riechbahn vorkommt, gemeinsam mit einem Enzym namens Furin in die Zelle gelangt. Eine andere Möglichkeit ist, dass das Virus über das periphere Nervensystem, das den gesamten Körper durchzieht und Signale vom und zum Gehirn weiterleitet, ins Gehirn gelangt.
Studien an Rhesusaffen
John H. Morrison, Professor für Neurologie an der University of California, untersucht an Rhesusaffen, wie sich das Virus im Gehirn ausbreitet. In einer Studie infizierten er und seine Mitarbeiter Rhesusaffen mit SARS-CoV-2 - darunter einige mit Diabetes. Nach einer Woche fanden sie Proteine und genetisches Material des Virus in verschiedenen Regionen der Großhirnrinde, insbesondere bei den diabetischen Tieren. Das Team entdeckte darüber hinaus, dass die Entzündung im olfaktorischen Kortex gleichzeitig mit dem Absterben von Neuronen auftrat. Morrison vermutet nun, dass die neurologischen Symptome von Covid-19 dadurch ausgelöst werden, dass sich Viren über das olfaktorische System Zutritt verschaffen, weitere Nervenzellen befallen und sich auf andere Hirnareale ausbreiten. Bei den diabetischen Affen fand sich das Virus auch im so genannten entorhinalen Kortex, der auch bei der Alzheimerkrankheit eine Schlüsselrolle spielt. Wenn sich dort das Virus einnistet, könnte das als Erklärung für die leichten kognitiven Beeinträchtigungen und Demenz bei Covid-Kranken taugen.
Veränderungen der Hirnaktivität durch COVID-19
EEG-Messungen, die an mehreren kanadischen Forschungseinrichtungen durchgeführt wurden, zeigten, dass selbst milde Verläufe die Hirnaktivität verändern können. Die Wissenschaftler hatten dazu 42 Personen untersucht, die positiv getestet und dann zu Hause unter Quarantäne gestellt worden waren. Die Vergleichsgruppe bestand aus 14 Teilnehmern, die zwar grippeähnliche Symptome hatten, aber kein positives Covid-19-Testergebnis. Rund vier Monate nach der Erkrankung war die durchschnittliche Stärke der Hirnströme in der Covid-19-Gruppe niedriger als bei den Kontrollteilnehmern. Weitere acht Monate später war der Effekt teilweise wieder verschwunden, doch die Gruppe der Covid-19-Patienten als Ganzes hatte auch dann noch niedrigere Werte als die Kontrollgruppe. Womöglich wirke sich die Kombination aus einer Coronavirus-Infektion und sozialer Distanzierung langfristig aus, vermutet die Gruppe. Allison B. Sekuler, leitende Wissenschaftlerin am kanadischen Rotman Research Institute, sagt: »Der direkte Effekt, den Covid-19 auf die EEG-Leistung zu haben scheint, ist analog zu denjenigen Effekten, die wir bei Menschen mit einer leichten kognitiven Beeinträchtigung sehen, die sich zur Alzheimerkrankheit und verwandten Demenzerkrankungen entwickeln kann.« Sie betont jedoch, dass dies nicht unbedingt bedeutet, dass jeder Covid-Patient am Ende an Alzheimer erkrankt, sondern dass es sich angesichts dieser Ergebnisse lohnt, weiter zu untersuchen, ob Covid-19 auch das Demenzrisiko erhöhe.
Lesen Sie auch: Seltene Fälle von Meningitis nach Impfung
Ergebnisse einer Studie mit Affen
In einer Studie wurden Affen mit SARS-CoV-2 infiziert, um die Auswirkungen auf das zentrale Nervensystem zu untersuchen. Die Forscherinnen und Forscher infizierten hierfür acht Affen, davon vier Makaken und vier Äthiopische Grünmeerkatzen, über verschiedene Routen mit SARS-CoV-2 (mukosal appliziert oder per Aerosol inhaliert). Die Tiere entwickelten alle unabhängig von der Applikationsroute innerhalb einer Woche nach der Virusexposition eine Infektion mit nachweisbarer Viruslast in der Nase. Zwei der Tiere erkrankten so schwer, dass sie vor Studienende eingeschläfert werden mussten. In den Hirnschnitten der Affen fand das Team Anzeichen für eine schwere Neuroinflammation, für Mikroblutungen mit und ohne zugehörige Blutgerinnsel sowie Neurodegeneration und Zelltod. Diese Schäden wurden auch in Tieren beobachtet, die keine schwere Lungenerkrankung entwickelt hatten. Dabei ließ sich das Virus nur vereinzelt im Gehirn nachweisen - und zwar ausschließlich in den Gefäßen, vor allem in den Endothelzellen. Das Ausmaß des Befalls hing dabei nicht mit den Ausprägungen der neuronalen Schäden zusammen.
Expertenmeinungen
Professor Dr. Peter Berlit, Generalsekretär der Deutschen Gesellschaft für Neurologie, erklärt, dass die Ergebnisse der Studie gut zu dem passen, was man bei Covid-19-Patienten sehe. Auch bei ihnen sei das Virus in Endothelzellen nachweisbar. Er betont jedoch, dass die Beobachtungen ganz überwiegend auf eine indirekte Entstehung durch Hypoxie, Inflammationssyndrom, Koagulopathie und metabolische Schädigung zurückzuführen seien. Insbesondere bei den entzündlichen Manifestationen seien Mikroblutungen häufig, wie das auch bei den Affen gezeigt werde.
Professor Dr. Markus Glatzel, Direktor des Instituts für Neuropathologie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), äußert sich skeptischer. Er bestätigt zwar, dass die Daten weitgehend die Veränderungen bestätigen, die man im Menschen sehe - zum Beispiel diskrete neuroimmune Aktivierung, auch der fokale Nachweis von SARS-CoV-2 im Endothel. Allerdings sehe man im Menschen keine ausgeprägte Entzündung und auch keine ausgeprägten Blutungen oder deutliche Nervenzelluntergänge. Er hält die Daten, die dies in der Studie zeigen sollen, für nicht überzeugend.
Tiermodelle in der COVID-19-Forschung
Die Entwicklung sicherer und wirksamer antiviraler Medikamente gegen SARS-CoV-2 und hilfreicher Therapien für Infizierte erfordert das Studium des Erregers in adäquaten Tiermodellen. SARS-CoV-2 nutzt das Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2) als Eintrittsrezeptor. Die Stärke der Bindung von SARS-CoV-2 an das ACE2-Protein entscheidet darüber, wie effizient das Virus eine Spezies infizieren kann, und ob die Infektion Krankheitssymptome auslöst, die das jeweilige Tier als Modellorganismus qualifizieren. Mäuse eignen sich nur nach gentechnischen Veränderungen der Maus oder des Virus als Modell für SARS-CoV-2. Hamster, Frettchen und Rhesusaffen stellen sehr wichtige Tiermodelle dar, weil diese nach Infektion mit SARS-CoV-2 relevante Aspekte von COVID-19 abbilden. Verschiedene Vakzin-Kandidaten wurden z. B. in Rhesusaffen getestet und lieferten vielversprechende Ergebnisse.
Neurologische Komplikationen nach Virusinfektionen
Eine Infektion mit dem neuen Coronavirus SARS-CoV-2 kann neben psychiatrischen auch neurologische Komplikationen auslösen. Nach der Spanischen Grippe von 1918/20 war es in Europa und Nordamerika zu einer Häufung von rätselhaften Erkrankungen gekommen, die der österreichische Psychiater und Neurologe Constantin von Economo als Encephalitis lethargica bezeichnete. Die Patienten fielen nach hohem Fieber, Hals- und Kopfschmerzen, die auf einen vorangegangenen Infekt hinweisen, in einen lethargischen Zustand, der durch unkontrollierbare Schlafanfälle mit temporären Parkinson-ähnlichen neurologischen Symptomen gekennzeichnet war.
Lesen Sie auch: Corona und das Gehirn: Was wir wissen
Dass es nach schweren Virusinfektionen zu neuropsychiatrischen Komplikationen kommen kann, gilt als erwiesen. Bei COVID-19 gehören Verwirrtheitszustände (Delir) und Agitation dazu, in einer Studie wurden auch kognitive Störungen (exekutive Dysfunktionen) beschrieben.
Lesen Sie auch: Neueste Erkenntnisse zum Demenzrisiko nach COVID-19