Kortikální rozšiřující se depolarizace po těžkém traumatickém poranění mozku

Cílem této studie je zlepšit naše chápání kortikálních šířících se depolarizací (CSD) jako mechanismu sekundárního poranění u těžkého traumatického poranění mozku (TBI). Primárními překážkami pro pokrok v léčbě TBI jsou její heterogenita z hlediska příčiny, závažnosti, patofyziologie a nedostatku terapeutických cílů. V současné době neexistuje žádný zásah, který by zvrátil nebo obnovil funkci mozkové tkáně poškozené nebo ztracené během počátečního traumatického poškození; proto se terapeutické zaměření soustředí na minimalizaci sekundárních inzultů, které vedou k expanzi počátečního poranění mozku.

V posledních několika letech jsme byli svědky významného pokroku v chápání potenciálních mechanismů sekundárního poranění po těžké TBI. To je důležitá práce, protože se předpokládá, že sekundární zranění po těžkém TBI významně zvyšuje závažnost počátečního zranění a tento typ zranění je považován za otevřený zásahům ke zmírnění následné závažnosti zranění. Mezi domnělými mechanismy sekundárního poranění po těžké TBI bylo nedávno prokázáno, že existuje vztah mezi CSD příhodami a horšími výsledky po těžké TBI. Proto je nutné důkladněji porozumět faktorům, které ovlivňují iniciaci a frekvenci CSD po TBI, aby bylo možné vyvinout terapeutické strategie ke snížení nebo zablokování výskytu těchto událostí.

U mladých lidí je TBI hlavní příčinou nemocnosti a úmrtnosti ve vyspělých zemích. TBI je častým následkem náhodného zranění v USA s přibližně 2,5 miliony postižených lidí ročně, z nichž přibližně 10 % vyžaduje delší hospitalizaci, často na jednotce intenzivní péče. Přibližně 275 000 (15,1 %) hospitalizací a 52 000 úmrtí v USA je každoročně způsobeno TBI. Ti, kteří přežijí počáteční urážku, vždy čelí prodlouženým pobytům na jednotce neurologické intenzivní péče (JIP), možné neurochirurgické intervenci a prodloužené době postakutní podpůrné péče. V USA se odhaduje, že 5,3 milionu jedinců žije s dlouhodobým postižením v důsledku TBI.

Vzhledem ke složitosti a trvání lékařské péče, která doprovází těžkou TBI, vyplývá, že náklady na péči spojenou s TBI jsou obrovské. Odhaduje se, že celkové nemocniční poplatky za přijetí související s TBI v roce 2010 činily 21,4 miliardy USD. Kromě nemocničních poplatků se odhaduje, že TBI stojí americkou ekonomiku 76,5 miliardy dolarů ročně, přičemž náklady na zdravotní postižení a ztrátu produktivity převažují nad náklady na akutní lékařskou péči a rehabilitaci.

Od jejich prvního popisu v roce 1944 byly následně v četných studiích na zvířatech demonstrovány rozšiřující se depolarizace (SD) jako mechanismus sekundárního poranění mozku po ischemické mrtvici, subarachnoidálním krvácení (SAH) a traumatickém poranění mozku. Bylo také prokázáno, že SD se vyskytují v mozkové šedé hmotě lidského mozku u pacientů po akutních poraněních mozku, jako je TBI, SAH a ischemická mrtvice. Dosud elektrokortikografické (ECoG) monitorování více než 500 pacientů po TBI ukázalo, že SD se vyskytují u 55–90 % jedinců po dobu dnů až týdnů po počátečním poranění. Tyto studie prokázaly počáteční vrchol frekvence SD 1-2 dny po TBI a druhý vrchol 6-7 dnů. Kromě toho jsou SD spojeny s horšími výsledky po TBI.

SD, které se skládají z masivních vln, které depolarizují neurony a astrocyty a narušují místní kortikální funkci po dobu minut až hodin, se poprvé projevily u pacientů s těžkým TBI prostřednictvím záznamů ECoG získaných z jednotlivých subdurálních elektrodových pásků. V těchto studiích měli pacienti s těžkým TBI, kteří podstoupili neurochirurgickou intervenci za účelem dekomprese a/nebo evakuace hematomu, jeden lineární subdurální elektrodový pás (šest elektrod s rozestupem 10 mm mezi elektrodami) umístěný blízko epicentra poranění, což umožnilo získat nepřetržité záznamy ECoG po dobu až do 7 dnů po prvním zranění. Výše uvedené studie a několik následných výzkumů byly důležitými kroky k prokázání, že (1) fenomén SD, který byl poprvé popsán ve studiích na zvířatech, se vyskytuje u pacientů po TBI a (2) SD jsou spojeny s horším výsledkem po TBI.

Navzdory pokroku, kterého bylo dosaženo, předchozí studie ukončily nahrávání ECoG maximálně po 7 dnech. 7denní období záznamu je však pravděpodobně nedostačující k přesné charakterizaci celkové zátěže SD po TBI, protože předchozí práce demonstrují časné vrcholné období SD kolem 0-2 dnů po TBI, po kterém následuje relativní klidová perioda a poté druhý vrchol zvýšené frekvence SD kolem 7 dnů po TBI. Delší doba záznamu tedy poskytne lepší porozumění přirozené historii SD po TBI a umožní přesnější pochopení fyziologických a patofyziologických faktorů, které ovlivňují iniciaci těchto patologických událostí.

Všechny předchozí ECoG záznamy SD se spoléhaly na subdurální elektrodové pásy sestávající z lineárního pole elektrod umístěných nad mozkovou kůrou v blízkosti zhmožděné mozkové tkáně. Tato strategie záznamu je adekvátní pro zachycení SD událostí, nicméně umožňuje monitorovat malou oblast kortikálního povrchu. Malá monitorovací plocha ukládala předchozím studiím několik omezení. Za prvé, CSD jsou zachyceny v omezené vzdálenosti od každého kontaktu záznamové elektrody. CSD, které se vyskytují mimo monitorovací oblast, nejsou zaznamenány, a proto předchozí studie pravděpodobně podhodnocují skutečnou frekvenci SD příhod po TBI. Za druhé, lineární konfigurace subdurálních pásů neposkytuje adekvátní prostorové informace týkající se CSD vln pro určení původu nebo směru šíření. Zlepšené prostorové rozlišení záznamů ECoG ve spojení s vhodnými analytickými technikami umožní určení směru šíření SD vlny a případně identifikaci patologických ložisek, kde SD pocházejí. Identifikace toho, kde SD pocházejí, umožní korelovat tato místa se zobrazením, aby se určily strukturální charakteristiky a patologie, které vedou ke vzniku tohoto patologického jevu.

Celkovým cílem této studie je předběžně vyhodnotit vylepšenou strategii záznamu a analytické techniky pro lepší definici SD příhod a strukturálních abnormalit v těžce zraněném mozku, které tyto CSD příhody u těžké TBI vyvolávají. K dosažení tohoto cíle bude tato studie využívat 4 subdurální elektrodové pásy uspořádané tak, aby vytvořily mřížku 4x4 elektrodových kontaktů pro záznam aktivity ECoG ve spojení se současným získáním několika dalších fyziologických měření u pacientů s TBI vyžadujících neurochirurgickou intervenci.

Zjištění této studie by mohla poskytnout klíčový pokrok v prostředcích jak pro monitorování CSD příhod po TBI, tak pro identifikaci specifických typů patologie, které tyto příhody vyvolávají. To by byl důležitý další krok ve vývoji nových intervencí ke snížení nebo odstranění frekvence SD u pacientů s TBI a tím i stupně sekundárního poranění mozku, které vede k vyšší morbiditě a mortalitě po těžkém poranění mozku.

Navzdory pokrokům, kterých bylo dosaženo v péči o pacienty po těžkém poranění mozku, TBI nadále poskytuje velmi vysokou morbiditu a mortalitu. Vývoj účinných léčebných postupů k minimalizaci nemocnosti a úmrtnosti po TBI byl brzděn kvůli zásadnímu nedostatku porozumění faktorům, které přispívají k sekundárnímu poranění po počáteční traumatické události. Díky lepšímu pochopení mechanismů sekundárního poranění mozku po TBI, jako je CSD, a také metodám monitorování patologických příhod, bude více příležitostí k vývoji nových léčebných postupů. Toto je předběžná studie s cílem lépe charakterizovat CSD po těžké TBI.

Subdurální elektrody byly široce používány k záznamu ECoG aktivity po TBI a jiných formách poranění mozku. Navzdory požadavku na invazivní formu záznamu zůstává aktivita ECoG jediným zavedeným prostředkem pro monitorování událostí CSD. Invazivní neuromonitoring prostřednictvím subdurálních elektrod byl poprvé prokázán ve 30. letech 20. století a nadále je běžně prováděným neurochirurgickým postupem pro monitorování epilepsie. Nedávný retrospektivní přehled zjistil celkovou míru komplikací přibližně 9,1 %, přičemž u 0,6 % pacientů došlo po umístění subdurální elektrody k trvalému neurologickému deficitu.19 Kromě toho se v lékařském centru University of Minnesota nevyskytla jediná infekce spojená s umístěním subdurální elektrody. Kromě toho, že umožňují detekci CSD příhod, umožní subdurální elektrody identifikaci subklinických záchvatů, a proto mohou poskytnout klinický přínos pacientům, kteří podstoupí záznam subdurální elektrodou.

Subjekty zařazené do této studie budou vybrány z pacientů vyžadujících neurochirurgickou intervenci ve formě kraniektomie nebo kraniotomie, a proto nebudou vystaveni invazivnímu postupu pouze pro umístění subdurálních záznamových elektrod. Během standardního postupu kraniektomie/kraniotomie se tvrdá plena otevře, aby se obnažilo, což umožňuje umístění subdurálních záznamových proužků s minimální úpravou standardního chirurgického postupu. Po umístění subdurálních proužků budou svody tunelovány pryč z mozku tak, aby vycházely z mozku, čímž se minimalizuje riziko infekce. Tento přístup má další výhodu v tom, že po skončení období studie mohou být tunelové svody odstraněny u lůžka.

Kromě záznamů ECoG budou jako součást umístěny další formy invazivního neuromonitoringu, včetně Licox bolt (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) pro měření ICP, okysličení mozkové tkáně a teploty, stejně jako externí komorový drén (EVD). současného standardu léčby těžkého TBI.

Období studie bude trvat tak dlouho, dokud bude invazivní neuromonitoring klinicky indikován po těžké TBI. Jak je uvedeno v části o pozadí, předchozí vyšetřování CSD skončila po 7denním období záznamu. Kratší doba záznamu pravděpodobně bránila plnému pochopení přirozené historie CSD po těžké TBI, a tudíž plnému pochopení patofyziologických faktorů, které tyto události způsobují. Prodloužení doby záznamu na celou dobu klinicky indikovaného invazivního neuromonitoringu bude představovat minimální dodatečné riziko, protože subdurální záznam se rutinně provádí na University of Minnesota pro monitorování epilepsie po dobu 4–6 týdnů bez zdokumentovaných závažných komplikací.

Hennepin County Medical Center (HCMC) je regionální traumatologické centrum 1. úrovně, které slouží hornímu středozápadu a je jedním ze školicích míst pro program rezidenčního programu neurochirurgie University of Minnesota. Jako velké regionální traumacentrum existuje historicky velký objem pacientů s těžkým TBI vyžadujících neurochirurgickou intervenci ve formě kraniektomie nebo kraniotomie s následným prodlouženým invazivním neuromonitoringem nezbytným jako součást klinického standardu péče. Populace studie bude vybrána ze všech pacientů s traumatem, kteří se dostaví na pohotovostní oddělení HCMC, traumatologickou stanici nebo jako přímý přesun na neurochirurgii.