Vymezení mezi patofyziologickými fenotypy hypoxického ischemického poranění mozku po zástavě srdce (DIFFUSION)

Účel: Vyvinout metody pro rozlišení mezi pacienty s hypoxickým ischemickým poraněním mozku, kteří vykazují závislost na difuzi a perfuzi. Sekundárně prozkoumat základní mechanismy odpovědné za difúzní omezení dodávky kyslíku.

hypotézy:

1. Pacienti s PD budou vykazovat zvýšení O2EF, když je CBF snížena během hypokapnické ventilace, zatímco pacienti s DL budou vykazovat minimální změnu O2EF, což ukazuje na přítomnost zhoršeného difuzního transportu O2.
2. Sérové ​​biomarkery mozku budou vyšší u DL vs. PD, což ukazuje na permeabilitu BBB, gliové a axonální poškození.
3. Poměr laktát/pyruvát bude zvýšen u pacientů s DL vs. PD, což ukazuje na mitochondriální dysfunkci.
4. Klinický neurologický výsledek bude horší u pacientů s DL ve srovnání s PD.
5. U pacientů s DL bude snížen podíl makrofágů a souvisejících cirkulujících imunitních buněk v bulbu jugulárních žil vs. arteriální cirkulace.

Odůvodnění:

Tento výzkumný projekt si klade za cíl prospektivně odlišit patofyziologické fenotypy hypoxického ischemického poškození mozku (HIBI), vymezit základní mechanismy a určit související klinické výsledky. V Kanadě přibližně 40 000 lidí ročně utrpí srdeční zástavu. HIBI, výsledný cerebrální inzult po srdeční zástavě, je převládající determinantou nepříznivého výsledku po srdeční zástavě, přičemž pouze 5-15 % pacientů má příznivé neurologické výsledky. Zbytek přeživších HIBI může zaznamenat významné neuropsychiatrické následky a se značnými náklady na zdravotní péči (~ 160 000 $ na pacienta ročně). Vzhledem k těmto tristním výsledkům existují významné příležitosti ke zlepšení výsledků.

Patofyziologie HIBI je charakterizována primárním ischemickým poraněním během zástavy oběhu a sekundárním poraněním po návratu spontánní cirkulace (ROSC). Toto sekundární poškození pochází z velké části z neadekvátního postresuscitačního cerebrálního dodávání kyslíku (CDO2). CDO2 je závislý na průtoku krve mozkem (CBF), který je úměrný cerebrálnímu perfuznímu tlaku (CPP) [střední arteriální tlak (MAP) - intrakraniální tlak (ICP)]. Vzhledem k tomu, že převážná většina patofyziologie HIBI je charakterizována nízkým - normálním ICP, primárním fyziologickým determinantem celkové CDO2 v podmínkách intenzivní péče je MAP.

Observační studie spojují hypotenzi (snížení MAP a CBF) s nepříznivým neurologickým výsledkem. Randomizované kontrolní studie jednotné augmentace MAP však neprokázaly klinickou ani biologickou účinnost. Tento rozpor mezi vnímanou důležitostí optimalizace MAP v poresuscitačním období a nedostatečnou klinickou účinností naznačuje, že mohou existovat chybějící mezery v chápání patofyziologie HIBI. Zjednodušený přístup jednotné augmentace MAP předpokládá, že jakmile je kyslík dodán do cerebrálního kapilárního řečiště, dochází k normální difúzi kyslíku přes hematoencefalickou bariéru (BBB) ​​a normální využití buněčného kyslíku kulminuje v neuronálním aerobním metabolismu. Cerebrální metabolická homeostáza je založena na integraci konvektivního dodávání kyslíku, difúzi přes BBB a normálním buněčném využití mitochondriemi. Jinými slovy, zatímco zvýšení CBF a CDO2 dodává více kyslíku do mozku, tato strategie se zaměřuje pouze na jednu složku kyslíkové kaskády a ignoruje životně důležitou roli difúze a využití kyslíku. Nedávno naše výzkumná skupina prokázala, že navzdory invazivnímu neuromonitoringu řízenému cíleně orientovanému řízení, pacienti s HIBI nadále pociťovali významnou zátěž mozkovou hypoxií. V post-hoc analýze jsme prokázali jedinečný patofyziologický fenotyp u podskupiny pacientů s HIBI vykazujících difúzní omezení (DL) dodávky kyslíku. V tomto případě, i přes optimalizaci konvektivního CDO2 do cerebrálního kapilárního řečiště, byla u pacientů inhibována difúze kyslíku do parenchymální tkáně. Přesné patofyziologické mechanismy, které stojí za tímto nálezem u HIBI, nejsou známy. Naopak tato sentinelová práce také prokázala, že další podskupina pacientů s HIBI vykazovala neporušenou difúzi kyslíku do parenchymu, která byla závislá na systémové perfuzi. Tyto dva odlišné patofyziologické fenotypy HIBI (difuzní omezení [DL] a perfuzní závislost [PD]) mají významné důsledky pro poresuscitační péči, ale klíčové otázky výzkumu zůstávají. Konkrétně je velmi důležité prospektivní potvrzení těchto fenotypů, vymezení mechanismů podporujících DL a zkoumání klinických výsledků mezi DL a PD.

Zánět a sekundární poranění u DL: Přesné mechanismy základního sekundárního poškození a jeho příspěvky k omezení difuze nejsou jasné. Nedávno naše výzkumná skupina prokázala čisté uvolňování interleukinu-6 z mozkového parenchymu / neurovaskulární jednotky u pacientů s HIBI vykazujících hypoxii mozku a omezení difuze. Interleukin-6, klíčový prozánětlivý cytokin, je zodpovědný za iniciaci zánětlivé kaskády, diapedézu leukocytů, aktivaci makrofágů a uvolňování dalších downstream mediátorů zánětu. Vyvrcholení této dysregulované imunitní reakce je spojeno s dysfunkcí neuronů, apoptózou a buněčnou smrtí. Pochopení podílu podtypů imunitních buněk účastnících se této dysregulované zánětlivé kaskády u HIBI je proto zásadní pro vývoj terapií zaměřených na modulaci zánětlivé kaskády pro zachování zranitelné neuronální tkáně.

Cíle:

Cíl 1 (primární výsledek): Potvrdit přítomnost DL vs. PD u pacientů s HIBI kvantifikací změn frakce extrakce kyslíkem (O2EF), ke kterým dochází sekundárně po snížení CBF při hypokapnické ventilaci.

Cíl 2 (sekundární výsledek): Porovnat rozdíly v sérových mozkových biomarkerech u HIBI pacientů s DL vs. PD.

Cíl 3 (sekundární výsledek): Porovnat rozdíl v poměru laktát/pyruvát u HIBI pacientů s DL vs. PD.

Cíl 4 (terciární výsledek): Porovnat rozdíl v neurologickém klinickém výsledku u HIBI pacientů s DL vs. PD.

Cíl 5 (terciární výsledek): Porovnat rozdíly v podílu cirkulujících imunitních buněk (makrofágů) a vzácných podtypů mezi umístěním bulbu arteriální a jugulární žíly u pacientů s DL.

Design výzkumu: Toto bude prospektivní pozorovací studie. Přehled studie: Tato studie bude provedena ve Vancouver General Hospital. Informovaný souhlas bude získán od náhradníka s rozhodovací pravomocí. V den 1 začne neuromonitoring, bude se odebírat arteriální a jugulární krev pro analýzu krevních plynů a kvantifikaci sérových mozkových biomarkerů a každou hodinu se budou provádět mikrodialýza. Odběr arterií se provádí z arteriální linie, která je umístěna v rámci běžné péče. Odběr vzorků z jugulárních bulbů se provádí z jugulárního katétru, který je umístěn speciálně pro účely této studie. Dále budeme kvantifikovat oba gradienty PvO2-PbtO2 a provedeme hypokapnický ventilační test ke stanovení vztahu mezi perfuzí a O2EF. Ve dnech 2 a 3 bude neuromonitoring pokračovat a krev pro analýzu biomarkerů séra a krevních plynů bude opět odebírána spolu s hodinovou mikrodialýzou. Po 3. dni bude neuromonitoring na žádost ošetřujícího lékaře odstraněn. CT a MRI zobrazení prováděná v rámci běžné péče budou analyzována na ischemickou zátěž. Klinické výsledky budou shromažďovány po 6 měsících u přeživších.

Statistické úvahy. Velikost vzorku. K aproximaci výpočtu velikosti vzorku pro lineární smíšený model byl použit párový t-test. K odlišení DL vs. PD Menon et al. zjistili rozdíl ve změně O2EF přibližně 10 % mezi pacienty s PD a DL (15 % [SD 7] vs. 5 % [SD 4], p = 0,03) s expozicí hypokapnii. Za předpokladu rozdílu v O2EF 10 % se směrodatnou odchylkou rozdílu 9, za předpokladu alfa 0,05 a požadované síly 0,80 je velikost vzorku 28 pacientů (G*Power). Přijmeme 40 pacientů, abychom umožnili časnou mortalitu před dokončením tří monitorovacích dnů. Vzhledem k našim předchozím distribucím, kdy přibližně 50 % celé kohorty bylo definováno jako DL a 50 % jako PD, předpokládáme, že budeme mít v každé skupině alespoň 14 pacientů. Vzhledem k naší předchozí míře náboru 12 pacientů za 12 měsíců pro invazivní neuromonitoring u HIBI po srdeční zástavě v našem ústavu bude tato velikost vzorku snadno dosažitelná do tří let. Plán analýzy: Diskrétní proměnné budou shrnuty podle četností a procent. Spojité proměnné budou shrnuty průměrem (SD) nebo průměrem (P10,P90), pokud jsou data zkreslená. Budeme považovat P-hodnotu <0,05 za statisticky významnou.

1. Cíl 1: Budou zkoumány rozdíly ve změně O2EF v obou sledovaných skupinách během ventilace hypokapnie, aby se potvrdila přítomnost DL versus PD. Tato analýza bude provedena pomocí nezávislého dvoustranného t-testu na změně O2EF sekundární k hypokapnii mezi pacienty s DL a PD. Bude porovnána schopnost neinvazivního stanovení DL a PD pomocí O2EF s invazivní metodou gradientu PbtO2-PvO2. Tato analýza bude provedena s analýzou charakteristik operátora přijímače.
2. Cíl 2: Rozdíly v koncentracích sérových mozkových biomarkerů mezi pacienty s DL a PD budou vyšetřeny pomocí dvoustranných t-testů nezávislých vzorků.
3. Cíl 3: Rozdíly v poměrech laktát/pyruvát z mikrodialýzy mezi pacienty s DL a PD budou zkoumány pomocí dvoustranných t-testů nezávislých vzorků k posouzení mitochondriální dysfunkce.
4. Cíl 4: Rozdíly v klinických neurologických výsledcích (BTACT & CPC) a kvalitě života (EuroQol-5) po 6 měsících mezi pacienty s DL a PD budou zkoumány pomocí dvoustranných t-testů nezávislých vzorků.
5. Cíl 5: Rozdíly v podílu cirkulujících imunitních buněk (makrofágů) a vzácných podtypů mezi umístěním bulbu arteriální a jugulární vény u pacientů s DL budou zkoumány pomocí nezávislých vzorků dvoustranných t-testů.
6. Analýzy výsledků průzkumu: Rozdíly v ischemické zátěži na CT hlavy (ASPECTS skóre) a na MRI mozku (objem hyperintenzity bílé hmoty a procento voxelů na mapování zdánlivého difúzního koeficientu < 650 x 106 mm/s na difuzně váženém zobrazení) u obou skupiny budou vyšetřeny pomocí dvoustranných t-testů nezávislých vzorků.

Analýza založená na pohlaví: Protože pochopení patofyziologie HIBI zůstává omezené, není jasné, zda existují rozdíly související s pohlavím. V důsledku toho posouzení rozdílů souvisejících s pohlavím není primárním výsledkem současné studie, ale bude zahrnovat průzkumnou analýzu, která má za cíl informovat budoucí výzkum a vytváření hypotéz. Na naší JIP byl podíl pacientů přijatých pro HIBI po zástavě srdce přibližně 60 % mužů a 40 % žen za poslední 3 roky. V současné studii bude pravděpodobně podobný poměr mužů a žen. Všechna data budou stratifikována podle pohlaví, napříč všemi pacienty a v rámci každé skupiny pacientů. V rámci každé skupiny pacientů (DL vs. PD) budou rozdíly mezi muži a ženami posuzovány pomocí nezávislých vzorků t-testů. Bude také provedena analýza modelu lineárních smíšených efektů (pevné faktory: skupina pacientů a pohlaví; náhodný faktor: subjekty) s interakčním termínem pro skupinu pacientů*pohlaví. I když pravděpodobně nedostačují k detekci významných účinků, tato stratifikovaná data a jejich související statistické výstupy budou hlášeny a publikovány v datovém dodatku spolu s rukopisem. Jakékoli významné účinky však budou zahrnuty do hlavního rukopisného dokumentu.