ISSN 2412-4036 (print)
ISSN 2713-1823 (online)

Damage of nervous system in COVID-19: Neuropsychological syndromes, histological data

Mashin V.V., Belova L.A., Dudikov E.M., Slesareva E.V., Dolgova D.R., Nikishin K.E., Lyalchenko Yu.A.

Ulyanovsk State University
Abstract. Recently, the increasing evidence that COVID-19 can cause severe cognitive and emotional disorders is appearing.
The aim: to estimate the character of neuropsychological and emotional disorders in patients during the period of clinical manifestations of a novel coronavirus infection COVID-19, to perform morphological assessment of the brain condition of deceased patients.
Material and methods. The results of a survey of 112 patients in the period of COVID-19 clinical manifestations are introduced. The mean age of all patients was 61,7±11,5 years. COVID-19 diagnosis was confirmed by instrumental (CT/chest X-ray examination) and laboratory methods (PCR test for SARS-CoV-2 coronavirus RNA presence). Screening testing of cognitive functions (MOCA test) was performed for neuropsychological status assessment. A morphological estimation of the macroscopic parameters and micropreparations of the brain in patients who died from COVID-19 was made. Cerebral cross sections of 20 μm and 5–6 μm thick were stained with hematoxylin-eosin.
Results and conclusion. In the structure of cognitive impairments in COVID-19 patients, optical-spatial disorders occupy the most common place. Morphological studies confirmed the presence of a full-blown plethora and thrombosis of small vessels, mainly in the parieto-occipital regions and vessels of the basal brain surface. The histological picture corresponds to an acute viral lesion of the brain substance with an active reaction of glia, microvessels and significant dystrophic processes both in the bodies of neurons and nerve filaments.

Keywords

cognitive impairment
neuropsychological impairment
novel coronavirus infection
COVID-19

ВВЕДЕНИЕ

Пандемия новой коронавирусной инфекции COVID-19, вызванная вирусом SARS-CoV-2, начавшаяся в конце 2019 г., на сегодняшний день продолжает свое распространение по всему миру [1]. Это заболевание может вызывать целый ряд клинических проявлений, от легких форм острой респираторной инфекции до тяжелого респираторного дистресс-синдрома, которые сопровождаются повышением температуры тела (>90% пациентов), сухим или влажным кашлем (>80%), одышкой (>55%), утомляемостью (>44%), чувством заложенности в грудной клетке (>20%); также у пациентов нередко отмечаются признаки гипо- и/или аносмии и гипо-или агевзии [2–4]. Помимо системных и респираторных проявлений, вирус SARS-CoV-2 способен вызывать поражение центральной нервной системы (ЦНС), так как обладает нейротропностью. По данным разных исследований, неврологические и нейропсихологические нарушения возникают у 14–67% пациентов в периоде клинических проявлений COVID-19 [4–7]. Поражение нервной системы SARS-CoV-2 можно объяснить как прямым воздействием вируса на нервную ткань, так и постинфекционными иммуноопосредованными осложнениями. Прямое воздействие вируса SARS-CoV-2 на нервную ткань может происходить за счет его проникновения в нервную ткань через обонятельную луковицу – единственную часть ЦНС, не защищенную твердой мозговой оболочкой, а также вследствие проникновения вирусных вирионов по системному кровотоку через гематоэнцефалический барьер [8–12]. Многочисленные исследования показывают, что в образцах головного мозга пациентов, умерших от коронавирусной инфекции COVID-19, обнаруживалось вирусное поражение, что дополнительно подтверждает факт нейротропности SARS-CoV-2 [13].

В последнее время появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что COVID-19 способен вызывать серьезные когнитивные и эмоциональные нарушения [14]. По данным систематических обзоров и метаанализа более чем 1900 международных исследований, наиболее часто у пациентов встречались следующие нейропсихологические и эмоциональные нарушения в периоде клинических проявлений новой коронавирусной инфекции COVID-19: нарушения сна – 63,0% (43,8–80,4), тревожность – 35,7% (27,6–44,2), нарушение концентрации внимания – 38,2% (29,0–47,9), нарушение памяти – 34,1% (26,2– 42,5), снижение настроения – 32,6% (24,7–40,9), эмоциональная лабильность – 29,4% (15,8–32,3) [15]. Несмотря на многочисленные исследования, на сегодняшний день существует дефицит в представлениях о характере и структуре нейропсихологических и эмоциональных нарушений у пациентов в периоде клинических проявлений COVID-19.

Цель исследования – оценить характер нейро­психологических и эмоциональных нарушений у пациентов в периоде клинических проявлений новой коронавирусной инфекции COVID-19, провести морфологическую оценку состояния головного мозга умерших пациентов.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

На базе ГУЗ «Центральная городская клиническая больница города Ульяновска» обследовано 112 пациентов в периоде клинических проявлений новой коронавирусной инфекции COVID-19, в том числе 49 мужчин (43,7%) в возрасте от 31 до 80 лет (средний возраст 62,5±11,9 лет) и 63 женщины (56,3%) в возрасте от 18 до 80 лет (средний возраст 61,1±11,9 лет). Средний возраст всех пациентов составил 61,7±11,5 лет.

Диагноз COVID-19 был подтвержден инструментальными (компьютерная томография/рентгенография органов грудной клетки) и лабораторными методами (ПЦР-тест на наличие РНК коронавируса SARS-CoV-2). Для оценки нейропсихологического статуса проводилось скрининговое тестирование когнитивных функций (MOCA-тест). Из исследования были исключены лица младше 18 и старше 80 лет, пациенты с отрицательным ПЦР-тестом на COVID-19, больные, имеющие в анамнезе острые и хронические заболевания ЦНС.

Помимо клинических исследований, для подтверждения вирусного поражения ЦНС были исследованы аутоптаты участков головного мозга больных, умерших от подтвержденного диагноза новой коронавирусной инфекции COVID-19. Было исследовано 16 образцов макро- и микропрепаратов головного мозга, среди которых было 7 мужских и 9 женских. Средний возраст умерших составил 64,3±13,3 года. В анамнезе у умерших пациентов отсутствовали острые и хронические заболевания головного мозга. Изучались макроскопическая картина и микропрепараты следующих отделов головного мозга: конвекситального отдела лобной доли, медиобазального отдела лобной доли, гиппокампа, теменно-затылочной области, височной области. Микропрепараты готовились с использованием стандартной гистологической проводки (фиксация в забуференном формалине, заливка в парафин). Срезы участков головного мозга толщиной 20 и 5–6 мкм окрашивали гематоксилин-эозином. Морфометрия выполнялась с применением исследовательского микроскопа Levenhuk Med900, микрофотонасадки и комплекса программного обеспечения Levenhuk.

Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась при помощи программ STATISTICA 10.0 с вычислением уровня значимости (p). При распределении использовался непараметрический анализ (для сравнения групп по порядковым и количественным признакам применяли U-критерий Манна–Уитни). Результаты представлены в виде средней арифметической, 25 и 75% квартилей, M [25%; 75%]. Статистически значимыми считались различия при вероятности ошибки первого рода меньше 5% (p <0,05).

От всех пациентов было получено добровольное информированное согласие на проведение исследования.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Степень когнитивных нарушений, оцениваемая по MOCA-тест, свидетельствовала о наличии у пациентов когнитивной дисфункции легкой степени выраженности (22,5 [20; 26]), при этом статистически значимых различий между мужчинами (21,5 [18,0; 24,3]) и женщинами (23,0 [21; 26,8]) в выраженности когнитивных нарушений выявлено не было (р >0,05).

В структуре когнитивных расстройств наиболее часто встречались оптико-пространственные нарушения, которые выявлялись в тестах на соединение последовательности букв и цифр, рисование геометрических фигур (куб), рисование сложных объектов (часы, показывающие определенное время). Кроме оптико-пространственных нарушений, у пациентов также выявлялись нарушения операций повторения ряда цифр и букв, счета, повторения фразовых выражений, скорости называния слов, абстрактного мышления и долговременной памяти (табл.).

34-1.jpg (116 KB)

В процессе прохождения MoCA-теста при выполнении задания «Соединение последовательности букв и цифр» пациенты чаще всего ошибались, соединяя буквы с буквами, а цифры с цифрами. При рисовании куба они наиболее часто рисовали его, делая все углы прямыми, что делало фигуру визуально плоской, а не объемной, как это предполагает задание. При рисовании часов пациенты часто ошибались и рисовали стрелки, не обращая внимания, куда они указывают. При выполнении задания «Повторения последовательности цифр и букв» пациенты часто не могли произнести последовательность цифр в обратном порядке, меняя местами первую и вторую цифры. При проведении серии вычитаний они часто ошибались, округляя математическое выражение до десятков, которые делятся без остатка (90, 70 и т.д.). При повторении фразовых выражений исследуемые часто добавляли в предложение слова, которые не были произнесены инструктирующим. При прохождении задания «Называние слов на определенную букву на скорость» пациенты, как правило, начинали достаточно быстро называть правильные слова на нужную букву, но через 10–15 с испытывали утомление, в результате чего отказывались продолжать задание. При назывании общих качеств у двух предметов (например: что общего между бананом и апельсином – фрукты) пациенты зачастую указывали отличия этих двух предметов, но не на их общие качества. В ходе тестирования долговременной памяти пациентам предлагалось запомнить 5 слов, при этом через 10 мин чаще всего они запоминали не более 2–3 слов.

Также в рамках исследования была проведена морфологическая оценка состояния головного мозга у пациентов, умерших от коронавирусной инфекции COVID-19. Макроскопически в оболочках головного мозга таких пациентов отмечалось резкое полнокровие мелких сосудов преимущественно теменно-затылочных областей и сосудов основания головного мозга. Видимых кровоизлияний, некротических поражений, нарушения целостности оболочек не наблюдалось.

Микроскопически во всех полученных образцах наблюдался выраженный периваскулярный и перицеллюлярный отек вещества мозга с сетчатым разряжением мозговой ткани, набуханием, появлением крупных базофильных клеток (дистрофических клеток мозга). В полнокровных сосудах микроциркуляторного русла выявлялся эритроцитарный стаз, в отдельных полях зрения отмечалась периваскулярная лимфогистоцитарная инфильтрация. В аутоптатах, полученных из ствола мозга, обнаруживались отдельные очаги демиелинизации нервных волокон. Мозговые оболочки имели полнокровные паретически расширенные сосуды.

В целом патогистологическая картина соответствовала острому вирусному поражению вещества головного мозга с активной реакцией глии, микрососудов и выраженными дистрофическими процессами как в телах нейронов, так и нервных волокнах (рис.).

35-1.jpg (160 KB)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Пациенты с новой коронавирусной инфекцией в периоде клинических проявлений имеют когнитивные нарушения легкой степени.

2. В структуре когнитивных нарушений у пациентов с COVID-19 наиболее часто встречаются оптико-пространственные нарушения, нарушение операций счета, повторения фразовых выражений и скорости повторения слов, абстрактного мышления и долговременной памяти.

3. Морфологические исследования подтвердили наличие резкого полнокровия и тромбозов мелких сосудов преимущественно теменно-затылочных областей и сосудов основания головного мозга у пациентов, умерших от COVID-19.

4. Гистологическая картина у умерших от COVID- 19 пациентов соответствует острому вирусному поражению вещества головного мозга с активной реакцией глии, микрососудов и выраженными дистрофическими процессами как в телах нейронов, так и нервных волокнах.

References

1. World Health Organization. Coronavirus disease (COVID-19) weekly epidemiological update and weekly operational update. URL: https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/situation-reports (date of access – 01.06.2023).

2. Bhaskar S., Bradley S., Israeli-Korn S. et al. Chronic neurology in COVID-19 era: Clinical considerations and recommendations from the REPROGRAM Consortium. Front Neurol. 2020; 11: 664. https://dx.doi.org/10.3389/fneur.2020.00664.

3. Фурман Е.Г., Репецкая М.Н., Корюкина И.П. Поражение нижних дыхательных путей и легких при коронавирусной инфекции COVID-19 у детей и взрослых: сходства и отличия (обзор литературы). Пермский медицинский журнал. 2020; 37(2): 5–14. [Furman E.G., Repetskaya M.N., Koryukina I.P. Lower airways and lungs affection in coronavirus infection COVID-19 among children and adults: Similarities and differences (review of literature). Permskiy meditsinskiy zhurnal = Perm Medical Journal. 2020; 37(2): 5–14 (In Russ.)]. https://dx.doi.org/10.17816/pmj3725-14. EDN: QWOJDW.

4. Новикова Л.Б., Акопян, А.П., Шарапова К.М., Латыпова Р.Ф. Неврологические и психические расстройства, ассоциированные с COVID-19. Артериальная гипертензия. 2020; 26(3): 317–326. [Novikova L.B., Akopian A.P., Sharapova K.M., Latypova R.F. Neurological and mental disorders associated WITH COVID-19. Arterial’naya gipertenziya = Arterial Hypertension. 2020; 26(3): 317–326 (In Russ.)]. https://dx.doi.org/10.18705/1607-419X-2020-26-3-317-326. EDN: PBXPCF.

5. Saad M., Omrani A.S., Baig K. et al. Clinical aspects and outcomes of 70 patients with Middle East respiratory syndrome coronavirus infection: A single-center experience in Saudi Arabia. Int J InfectDis. 2014; 29: 301–6. https://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2014.09.003.

6. Helms J., Kremer S., Merdji H. et al. Neurologic features in severe SARS-CoV-2 infection. N Engl J Med. 2020; 382(23): 2268–70. https://dx.doi.org/10.1056/NEJMc2008597.

7. Mao L., Jin H., Wang M. et al. Neurologic manifestations of hospitalized patients with Coronavirus disease 2019 in Wuhan, China. JAMA Neurol. 2020; 77(6): 683–90. https://dx.doi.org/10.1001/jamaneurol.2020.1127.

8. Roman G.C., Spencer P.S., Reis J. et al. The neurology of COVID-19 revisited: A proposal from the Environmental Neurology Specialty Group of the World Federation of Neurology to implement international neurological registries. J Neurol Sci. 2020; 414: 116884. https://dx.doi.org/10.1016/j.jns.2020.116884.

9. Arabi Y.M., Harthi A., Hussein J. et al. Severe neurologic syndrome associated with Middle East respiratory syndrome corona virus (MERS-CoV). Infection. 2015; 43(4): 495–501. https://dx.doi.org/10.1007/s15010-015-0720-y.

10. Ellul M.A., Benjamin L., Singh B. et al. Neurological associations of COVID-19. Lancet Neurol. 2020; 19(9): 767–83. https://dx.doi.org/10.1016/S1474-4422(20)30221-0.

11. Machhi J., Herskovitz J., Senan A.M. et al. The natural history, pathobiology, and clinical manifestations of SARS-CoV-2 infection. J Neuroimmune Pharmacol. 2020; 15(3): 359–86. https://dx.doi.org/10.1007/s11481-020-09944-5.

12. Eliezer M., Hautefort C., Hamel A.L. et al. Sudden and complete olfactory loss function as a possible symptom of COVID-19. JAMA Otolaryngol Head NeckSurg. 2020; 146(7): 674–75. https://dx.doi.org/10.1001/jamaoto.2020.0832.

13. Huang C., Wang Y., Li X. et al Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet. 2020; 395(10223): 497–506. https://dx.doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30183-5.

14. Hashir A.A., Mufaddal N.D., Alifian A. et al. SARS-CoV-2 and the brain: What do we know about the causality of cognitive COVID? J Clin Med. 2021; 10(15): 3441. https://dx.doi.org/10.3390/jcm10153441.

15. Rogers J.P., Chesney E., Oliver D. et al. Psychiatric and neuropsychiatric presentations associated with severe coronavirus infections: a systematic review and meta-analysis with comparison to the COVID-19 pandemic. Lancet Psychiatry. 2020; 7(7): 611–27. https://dx.doi.org/10.1016/S2215-0366(20)30203-0.

About the Authors

Victor V. Mashin, MD, professor, head of the Department of neurology, neurosurgery and medical rehabilitation of the Faculty of medicine, Ulyanovsk State University. Address: 432008, Ulyanovsk, 12 Likhacheva Str. E-mail: victor_mashin@mail.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0085-3727
Lyudmila A. Belova, MD, professor of the Department of neurology, neurosurgery and medical rehabilitation, dean of the Faculty of medicine, Ulyanovsk State University. Address: 432008, Ulyanovsk, 12 Likhacheva Str. E-mail: labelova@mail.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9585-5603
Evgeniy M. Dudikov, assistant at the Department of neurology, neurosurgery and medical rehabilitation of the Faculty of medicine, Ulyanovsk State University. Address: 432008, Ulyanovsk, 12 Likhacheva Str. E-mail: dudikoveygene80@yandex.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4105-5687
Elena V. Slesareva, MD, professor of the Department of general and clinical morphology of the Faculty of medicine named after T.Z. Biktimirov, Ulyanovsk State University. Address: 432063, Ulyanovsk, 2/1 Arkhitektora Livchaka Str. E-mail: gistology2@mail.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3326-7863
Dinara R. Dolgova, PhD in Biological Sciences, associate professor of the Department of physiology and pathophysiology of the Faculty of medicine named after T.Z. Biktimirov, Ulyanovsk State University. Address: 4321017, Ulyanovsk, 42 L. Tolstogo Str. E-mail: dolgova.dinara@yandex.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5475-7031
Kirill E. Nikishin, resident of the Department of anesthesiology and intensive care, resident of the Department of surgery of the Faculty of postgraduate education, Ulyanovsk State University. Address: 432017, Ulyanovsk, 5 III Internatsionala Str. E-mail: kirill.nikishin93@mail.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0125-323X
Yuri A. Lyalchenko, 5th year student of the Faculty of medicine, Ulyanovsk State University. Address: 432063, Ulyanovsk, 2/1 Arkhitektora Livchaka Str. E-mail: lyalchenko96@yandex.ru. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8151-8068

Similar Articles

By continuing to use our site, you consent to the processing of cookies that ensure the proper functioning of the site.