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. 2021 Dec 14;19:eCE6911. doi: 10.31744/einstein_journal/2021CE6911
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The potential impact of COVID-19 and diabetes on intervertebral disc degeneration

Luciano Rodrigo Lopes 1, Silvana Kertzer Kasinski 1
PMCID: PMC8687644  PMID: 35019039

Dear Editor,

A large part of the world's population has become infected by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the causative agent of coronavirus disease 2019 (COVID-19).( 1 ) While most SARS-CoV-2 infected individuals were asymptomatic or presented with mild symptoms, some were severely affected. The most common COVID-19 symptoms include fever, cough, pneumonia, dyspnea and acute lung injury. Although respiratory symptoms are more frequent, extrapulmonary conditions including coagulation disorders, cardiac injury, kidney failure, and metabolic disorder, can also occur in severe COVID-19. Moreover, the SARS-CoV-2 infection induces an immune system overreaction, with high levels of inflammatory cytokines, chemokines, and free radicals, causing severe injuries to the lungs and other organs.( 1 , 2 ) The uncontrolled production of pro-inflammatory cytokines induced by SARS-CoV-2 is called a cytokine storm, a hyperimmune state in patients with severe disease.

Diabetes mellitus (DM), one of the main comorbidities associated with COVID-19, contributes to immune dysregulation and exacerbates inflammatory reactions during SARS-CoV-2 infection. Coronavirus disease 2019 associated with DM enhances metabolic disruption and increases glycemia, which impairs the clinical course of the disease.( 2 , 3 ) The dysregulated glucose metabolism and increased pro-inflammatory cytokines in patients with DM and COVID-19 accelerate free radicals production.( 2 ) Oxidative stress damages proteins, lipids, and DNA, and affects the structure and function of various organs and tissues.( 2 ) SARS-CoV-2 directly affects the lungs, myocardial muscles, kidneys, liver, and other tissues. However, the effect of SARS-CoV-2 infection on intervertebral discs (IVD) remains unknown.

Some pathophysiological effects during the clinical course of severe COVID-19 potentially contribute to IVD degeneration. The etiology of IVD degeneration is characterized by high levels of pro-inflammatory cytokines and oxidative stress mediators.( 4 ) Moreover, DM significantly contributes to IVD degenerative disease. The high sugars levels in DM can glycate proteins or lipids, which are called advanced glycation end-products (AGEs). Increased IVD degeneration occurs due to AGEs accumulation, triggering inflammatory reactions through pro-inflammatory cytokines and free radicals.( 5 )

The combination of COVID-19 and DM promotes inflammatory reactions and oxidative stress, which drive IVD degeneration ( Figure 1 ). Subsequently, these processes can cause cell death and lead IVD to a catabolic state, reducing the extracellular matrix contributing to its degeneration. Thus, COVID-19 must be considered, in addition to DM, as an essential factor that promotes IVD degeneration. Considering the large number of COVID-19 patients and the long duration of severe SARS-CoV-2 infection, IVD degenerative disease should be considered a potential sequela in cured patients. Hence, effective interventions to attenuate the effect of COVID-19 on IVD should be established, since IVD degenerative disease causes suffering and distress to patients and their families.

Figure 1. Diabetes mellitus and COVID-19 pathways may lead to intervertebral discs degeneration.

Figure 1

REFERENCES

  • 1.Triggle CR, Bansal D, Ding H, Islam MM, Farag EA, Hadi HA, et al. A comprehensive review of viral characteristics, transmission, pathophysiology, immune response, and management of SARS-CoV-2 and COVID-19 as a basis for controlling the pandemic. Front Immunol. 2021;12:631139. Review. [DOI] [PMC free article] [PubMed]
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Einstein (Sao Paulo). 2021 Dec 14;19:eCE6911. [Article in Portuguese]

Impacto potencial da COVID-19 e do diabetes na degeneração do disco intervertebral

Luciano Rodrigo Lopes 1, Silvana Kertzer Kasinski 1

Prezado Editor,

Grande parte da população mundial foi infectada pelo coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2), agente causador da doença pelo coronavírus 2019 (COVID-19).( 1 )Embora a maioria dos indivíduos infectados pelo SARS-CoV-2 tivesse sido assintomática ou apresentasse sintomas leves, alguns deles foram gravemente afetados. Os sintomas mais comuns da COVID-19 incluem febre, tosse, pneumonia, dispneia e lesão pulmonar aguda. Embora os sintomas respiratórios sejam os mais frequentes, alterações extrapulmonares, incluindo distúrbios de coagulação, lesão cardíaca, insuficiência renal e distúrbios metabólicos, também podem ocorrer na COVID-19 grave. Além disso, a infecção por SARS-CoV-2 induz a uma reação exagerada do sistema imunológico, com altos níveis de citocinas inflamatórias, quimiocinas e radicais livres, que causam lesões graves nos pulmões e em outros órgãos.( 1 , 2 )A produção descontrolada de citocinas pró-inflamatórias induzida pelo SARS-CoV-2 é chamada de tempestade de citocinas, um estado hiperimune em pacientes com doença grave.

O diabetes mellitus (DM), uma das principais comorbidades associadas à COVID-19, contribui para a desregulação imunológica e exacerba as reações inflamatórias durante a infecção pelo SARS-CoV-2. A COVID-19 associada ao DM piora os distúrbios metabólicos e aumenta a glicemia, prejudicando o curso clínico da doença.( 2 , 3 )O metabolismo desregulado da glicose e o aumento das citocinas pró-inflamatórias em pacientes com DM e COVID-19 aceleram a produção de radicais livres.( 2 )O estresse oxidativo causa dano a proteínas, lipídios e DNA, além de afetar a estrutura e a função de vários órgãos e tecidos.( 2 )O SARS-CoV-2 afeta diretamente os pulmões, os músculos do miocárdio, os rins, o fígado e outros tecidos. No entanto, o efeito da infecção pelo SARS-CoV-2 nos discos intervertebrais (DIV) permanece desconhecido.

Alguns efeitos fisiopatológicos durante o curso clínico da COVID-19 grave contribuem potencialmente para a degeneração do DIV. A etiologia da degeneração do DIV é caracterizada por altos níveis de citocinas pró-inflamatórias e mediadores de estresse oxidativo.( 4 )Além disso, o DM contribui significativamente para a doença degenerativa do DIV. Os altos níveis de açúcar no DM podem glicar proteínas ou lipídios, que são chamados de produtos finais da glicação avançada (AGEs - advanced glycation end-products ). O aumento da degeneração do DIV ocorre devido ao acúmulo de AGEs, desencadeando reações inflamatórias por meio de citocinas pró-inflamatórias e radicais livres.( 5 )

A combinação de COVID-19 e DM promove reações inflamatórias e estresse oxidativo, que levam à degeneração do DIV ( Figura 1 ). Posteriormente, esses processos podem causar morte celular e levar o DIV a um estado catabólico, reduzindo a matriz extracelular e contribuindo para sua degeneração. Assim, a COVID-19 deve ser considerada, além do DM, um fator essencial que promove a degeneração do DIV. Considerando-se o grande número de pacientes com COVID-19 e a longa duração da infecção grave por SARS-CoV-2, a doença degenerativa do DIV deve ser considerada uma sequela em potencial nos pacientes curados. Portanto, devem ser estabelecidas intervenções efetivas para atenuar o efeito da COVID-19 no DIV, uma vez que a doença degenerativa do DIV causa sofrimento e angústia para os pacientes e suas famílias.

Figura 1. Vias do diabetes mellitus e COVID-19 podem levar à degeneração dos discos intervertebrais.

Figura 1


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