Tre motivi per cui COVID-19 può causare ipossia silenziosa

Immagine: COVID 19. Credit: Public Domain.

Gli scienziati stanno ancora risolvendo i molti aspetti sconcertanti di come il nuovo coronavirus SARS-CoV-2, causa di COVID 19, attacca i polmoni e altre parti del corpo. Uno dei misteri più grandi e pericolosi per la vita è come il virus causi “ipossia silenziosa“, una condizione in cui i livelli di ossigeno nel corpo sono anormalmente bassi e possono danneggiare irreparabilmente gli organi vitali se non vengono rilevati per troppo tempo.

Ora, grazie a modelli informatici e confronti con dati reali dei pazienti, gli ingegneri biomedici della Boston University e i collaboratori dell’Università del Vermont hanno iniziato a risolvere il mistero.

Nonostante i livelli di ossigeno pericolosamente bassi, molte persone infettate da casi gravi di COVID-19 a volte non mostrano sintomi di mancanza di respiro o difficoltà respiratorie. La capacità dell’ipossia di infliggere danni silenziosamente è il motivo per cui è stata definita “silenziosa”. Nei pazienti affetti da COVID 19, si pensa che l’infezione danneggi prima i polmoni, rendendone alcune parti incapaci di funzionare correttamente. Quei tessuti perdono ossigeno e smettono di funzionare, non infondono più ossigeno al flusso sanguigno, causando ipossia silenziosa. Ma fino ad ora non è stato chiaro come si verifica esattamente questo effetto domino.

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“Non sapevamo come questo fosse fisiologicamente possibile”, dice Bela Suki, un Professore di ingegneria biomedica del BU College of Engineering e di scienza e ingegneria dei materiali e uno degli autori dello studio. Alcuni pazienti affetti da coronavirus hanno sperimentato ciò che alcuni esperti hanno descritto come livelli di ossigeno nel sangue che sono “incompatibili con la vita.” In modo inquietante”, dice Suki, “molti di questi pazienti hanno mostrato pochi o nessun segno di anomalie quando sono stati sottoposti a scansioni polmonari”.

Per scoperire cosa causa l’ipossia silenziosa, gli ingegneri biomedici della BU hanno utilizzato la modellazione al computer per testare tre diversi scenari che aiutano a spiegare come e perché i polmoni smettono di fornire ossigeno al flusso sanguigno. 

La loro ricerca, che è stata pubblicata su Nature Communications, rivela che l’ipossia silenziosa è probabilmente causata da una combinazione di meccanismi biologici che possono verificarsi simultaneamente nei polmoni dei pazienti COVID-19, secondo l’ingegnere biomedico Jacob Herrmann, un ricercatore associato post-dottorato presso Suki’s lab e l’autore principale del nuovo studio.

Normalmente, i polmoni svolgono il compito di sostentamento vitale dello scambio di gas, fornendo ossigeno a ogni cellula del corpo mentre inspiriamo e liberandoci dall’anidride carbonica ogni volta che espiriamo. I polmoni sani mantengono il sangue ossigenato a un livello compreso tra il 95 e il 100 percento: se scende al di sotto del 92 percento questo valore, è motivo di preoccupazione e un medico potrebbe decidere di intervenire con ossigeno supplementare. 

I ricercatori hanno prima esaminato come COVID-19 influisce sulla capacità dei polmoni di regolare la direzione del sangue. Normalmente, se le aree del polmone non raccolgono molto ossigeno a causa di danni da infezione, i vasi sanguigni si restringono in quelle aree. Questa è in realtà una buona cosa per cui i nostri polmoni si sono evoluti, perché costringe il sangue a fluire invece attraverso il tessuto polmonare pieno di ossigeno, che viene poi fatto circolare in tutto il resto del corpo.

Ma secondo Herrmann, i dati clinici preliminari hanno suggerito che i polmoni di alcuni pazienti COVID-19 avevano perso la capacità di limitare il flusso sanguigno a tessuti già danneggiati e, al contrario, stavano potenzialmente aprendo ancora di più quei vasi sanguigni, qualcosa di difficile davedere o misurare con una TAC.

Utilizzando un modello polmonare computazionale, Herrmann, Suki e il loro team hanno testato quella teoria, rivelando che affinché i livelli di ossigeno nel sangue scendessero ai livelli osservati nei pazienti COVID-19, il flusso sanguigno dovrebbe essere molto più alto del normale nelle aree del polmoni che non possono più raccogliere ossigeno, contribuendo a bassi livelli di ossigeno in tutto il corpo.

Successivamente, hanno esaminato il modo in cui la coagulazione del sangue può influire sul flusso sanguigno in diverse regioni del polmone. Quando il rivestimento dei vasi sanguigni si infiamma a causa dell’infezione da COVID-19, all’interno dei polmoni possono formarsi piccoli coaguli di sangue, troppo piccoli per essere visti sulle scansioni mediche. I ricercatori hanno scoperto, utilizzando la modellazione computerizzata dei polmoni, che questo potrebbe incitare l’ipossia silenziosa, ma da sola probabilmente non è sufficiente a far scendere i livelli di ossigeno ai livelli osservati nei dati dei pazienti.

Infine, i ricercatori hanno utilizzato il loro modello di computer per scoprire se COVID-19 interferisce con il normale rapporto tra flusso d’aria e sangue di cui i polmoni hanno bisogno per funzionare normalmente. “Questo tipo di rapporto flusso aria-sangue non corrispondente è qualcosa che si verifica in molte malattie respiratorie, come nei pazienti asmatici”, dice Suki, “e può contribuire all’ipossia grave e silenziosa che è stata osservata in pazienti COVID-19″. I loro modelli suggeriscono che, affinché questa sia una causa di ipossia silente, la mancata corrispondenza deve verificarsi in parti del polmone che non appaiono ferite o anormali alle scansioni polmonari.

Complessivamente, i loro risultati suggeriscono che una combinazione di tutti e tre i fattori potrebbe essere responsabile dei casi gravi di basso livello di ossigeno in alcuni pazienti COVID-19. Avendo una migliore comprensione di questi meccanismi sottostanti e di come le combinazioni possano variare da paziente a paziente, i medici possono fare scelte più informate sul trattamento dei pazienti utilizzando misure come la ventilazione e l’ossigeno supplementare. Sono attualmente allo studio numerosi interventi, tra cui un intervento a bassa tecnologia chiamato posizionamento prono che ribalta i pazienti sullo stomaco, consentendo alla parte posteriore dei polmoni di aspirare più ossigeno e uniformare il rapporto aria-sangue non corrispondente.

“Persone diverse rispondono a questo virus in modo così diverso”, afferma Suki. Per i medici afferma che è fondamentale comprendere tutte le possibili ragioni per cui l’ ossigeno nel sangue di un paziente potrebbe essere basso, in modo che possano decidere la forma corretta di trattamento, compresi i farmaci che potrebbero aiutare a restringere i vasi sanguigni, a rompere i coaguli di sangue o a correggere un rapporto di flusso aria- sangue non corrispondente.