Eine verwirrende Manifestation bei COVID-19-Patienten ist eine schwere Hypoxämie mit einem arteriellen Sauerstoffpartialdruck (pO2) unter 50mmHg, ohne Dyspnoe oder beschleunigte Atmung. Daraus kann sich eine Dekompensation und eine rapide klinische Verschlechterung entwickeln. Die Pathophysiologie dieser „silent“ Hypoxämie ist unbekannt.

Normalerweise wird ein pO2-Abfall durch Zellen im Glomus caroticum wahrgenommen, die von einem spezialisierten O2-wahrnehmenden und signalgebenden System in den Mitochondrien abhängen. Dieser maßgebliche arterielle Chemorezeptor aktiviert sensorische Fasern, die Neurone im Hirnstamm beeinflussen, welche eine kompensatorische Hyperventilation und eine beschleunigte Herzrate induzieren. Daneben beherbergt der Glomus caroticum ein lokales Renin-Angiotensin-System. Wichtig für dessen Regulation ist das Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2), welches gleichzeitig auch Rezeptor für das SARS-CoV-2-Virus ist. Ob ACE2 im Glomus caroticum ein Ziel für eine Infektion mit SARS-CoV-2 sein könnte, wurde immunhistologisch sowie im transgenen Maus-Modell untersucht.  

Veränderte Sauerstoffwahrnehmung

Die Expression von ACE2 im Parenchym des Glomus caroticum deutet darauf hin, dass die O2-wahrnehmenden Zellen mögliche Ziele für das SARS-CoV-2-Virus sein können. Vermutlich zirkuliert das Virus im Blut und könnte neben dem Lungenepithel auch andere Gewebe mit ACE2-Rezeptoren infizieren und dort funktionelle Veränderungen hervorrufen. Aufgrund der hohen ACE2-Expression im Glomus caroticum könnte eine SARS-CoV-2-Infektion dazu führen, dass Veränderungen des pO2 nicht mehr wahrgenommen werden. Wie die Daten zeigen, ist die ACE2-Expression im Glomus caroticum von Person zu Person unterschiedlich. Das könnte erklären, warum die „silent“ Hypoxämie bei COVID-Patienten zufällig auftritt. In der frühen Phase der Infektion könnten biochemische Veränderungen in den Glomuszellen selektiv die mitochondrialen O2-wahrnehmenden Mechanismen ändern. Tatsächlich verändert sich das Wirtsproteom der mitochondrialen Enzyme bereits 24 Stunden nach einer Infektion. Ähnliche biochemische Veränderungen in der glatten Muskulatur von kleinen Lungenarterien, die auch ein mitochondrienbasiertes O2-wahrnehmendes System besitzen, würden zu einer reduzierten hypoxischen Vasokonstriktion der Lunge führen und zu einem großen intrapulmonalen Shunt, wie er bei COVID-19-Patienten angenommen wird. In fortgeschrittenen Stadien könnte eine Entzündung des Glomus caroticum mit nachfolgendem Zelltod hervorgerufen werden. Die Fähigkeit, auf eine Hypoxie zu reagieren, würde verloren gehen.

Wenn sich diese Hypothese bestätigt, würde das den Einsatz von Glomus-caroticum- Aktivatoren als respiratorische Stimulanzien bei COVID-19-Patienten rechtfertigen, so die Forscher. Diese wirken nachgelagert auf den mitochondrialen Sauerstoffsensor, indem sie die Kaliumkanäle in den Glomuszellen direkt blockieren.