Cerebrální nitrosativní/oxidační stres u aneuryzmatického subarachnoidálního krvácení (NOX2)

POZADÍ:

Aneuryzmatické subarachnoidální krvácení (SAH) nese vysokou morbiditu a mortalitu. To je z velké části způsobeno rozvojem sekundárního poranění mozku, včetně opožděné mozkové ischémie (DCI), která postihuje 30 % původních přeživších. Mechanismy sekundárního poškození mozku po SAH nejsou zcela pochopeny.

Oxid dusnatý (NO) je silný endogenní vazodilatátor produkovaný z argininu enzymem syntáza oxidu dusnatého (NOS), který existuje ve třech izoformách: endoteliální, neuronální a indukovatelný NOS (eNOS, nNOS a iNOS). V podmínkách zánětu a oxidačního stresu mohou volné radikály reagovat s NO za vzniku peroxydusitanu (ONOO-), který je vysoce reaktivní a může přímo poškozovat biologické makromolekuly, jako jsou lipidy a proteiny. Tento jev, tj. zvýšená produkce reaktivních druhů dusíku, která potenciálně vede k poškození buněk, se nazývá nitrosativní stres.

Všeobecně se má za to, že oxidativní/nitrosativní stres a související poruchy metabolismu NO se podílejí na rozvoji sekundárního poškození mozku po SAH, ale přesná role těchto mechanismů zůstává neúplně objasněna. Zatímco někteří autoři se domnívají, že dysfunkce NOS a výsledná nízká biologická dostupnost NO je důležitou příčinou sekundárního poškození mozku (a klíčovým mechanismem za DCI), jiní tvrdí, že nadprodukce NO zprostředkovaná iNOS je maladaptivní reakce vedoucí ke zhoršení poškození tkáně nitrosativní stres.

Transcerebrální (tj. arteriální až jugulární venózní) výměna metabolitů NO a její vzájemný vztah s oxidačním stresem nebyla u pacientů se SAH nikdy studována. Výzkumníci předpokládají, že SAH je spojena s počátečním snížením cerebrovaskulární biologické dostupnosti NO v důsledku vychytávání volnými radikály. To by mohlo přispět k začarovanému kruhu, ve kterém výsledné zvýšení mikrovaskulární rezistence, cerebrální hypoperfuze a hypoxie mozkové tkáně dále zvyšuje produkci volných radikálů a vyčerpání NO, což nakonec vede k ischemickému poškození mozku a špatnému výsledku.

HYPOTÉZY:

Tato explorativní studie bude charakterizovat transcerebrální výměnu markerů oxidativního/nitrosativního stresu a metabolitů NO během rané fáze po SAH ve srovnání se zdravými dobrovolníky. Dále bude zkoumat vliv těchto poruch na ukazatele mozkové ischemie a metabolické dysfunkce hodnocené multimodálním neuromonitoringem a vliv indukovaných změn arteriální tenze kyslíku (PaO2). Vyšetřovatelé předpokládají, že:

1. Pacienti budou mít větší cerebrální eflux markerů oxidativního/nitrosativního stresu a nižší cerebrovaskulární biologickou dostupnost NO ve srovnání se zdravými kontrolami.
2. Pacienti s SAH budou vykazovat progresivní snížení transcerebrálního uvolňování markerů oxidativního/nitrosativního stresu a odpovídající zvýšení cerebrovaskulární biologické dostupnosti NO ve dnech po iktusu.
3. Větší klinická závažnost SAH bude spojena s větším transcerebrálním uvolňováním markerů oxidativního/nitrosativního stresu a nižší cerebrovaskulární biologickou dostupností NO.
4. Nižší tlak kyslíku v mozkové tkáni (PbtO2) a větší zátěž hypoxií mozkové tkáně (definovaná jako procento doby monitorování s PbtO2 <20 mmHg) budou spojeny s větším mozkovým efluxem markerů oxidativního/nitrosativního stresu a nižší cerebrální biologickou dostupností z NO.
5. Větší poměr mikrodialyzát laktát/pyruvát a větší zátěž mozkovou metabolickou krizí (definovaná jako procento doby sledování s poměrem laktát/pyruvát >40 a koncentrací glukózy <0,7 mmol/l) budou spojeny s větším mozkovým výtokem markerů oxidativního/nitrosativního stresu a nižší cerebrální biologická dostupnost NO.
6. Indukovaná mírná hypoxie bude spojena se zvýšeným transcerebrálním uvolňováním markerů oxidativního/nitrosativního stresu a snížením cerebrovaskulární biologické dostupnosti NO ve srovnání s výchozí hodnotou, zatímco indukovaná mírná hyperoxie bude mít opačný účinek.

Pro explorativní účely také odebereme vzorky mozkomíšního moku (CSF) u pacientů s externím komorovým drénem a nadbytkem mozkového mikrodialyzátu, pokud je k dispozici.

METODY:

Studie je prospektivní fyziologickou studií, která bude zahrnovat pacienty s SAH přijaté na jednotku neurointenzivní péče (NICU) v Rigshospitalet. Zařazování pacientů bude pokračovat, dokud nezískáme kompletní data o 20 pacientech v intervenční podstudii (viz níže), nebo do 1. dubna 2024, kdy bude zařazení zastaveno a data budou analyzována bez ohledu na počet zahrnutých pacientů. . Kromě toho bude zahrnuto 12 zdravých subjektů, které budou sloužit jako kontrolní skupina.

Praktické provedení studie, pacienti:

Pacientům bude v rámci běžné péče krátce po přijetí zaveden arteriální katétr. Kromě toho bude co nejdříve po zajištění aneuryzmatu zaveden retrográdní vnitřní jugulární žilní katétr (katétr RJV) pro odběr mozkové žilní krve. Vitální parametry budou monitorovány podle standardní praxe na JIP a pacienti budou podstupovat kontinuální multimodální neuromonitoring intrakraniálního tlaku (ICP), PbtO2 a mozkového metabolismu (cerebrální mikrodialýza). Během intervencí bude použit transkraniální dopplerovský ultrazvuk (TCD) ke stanovení střední rychlosti průtoku v arterii cerebrální jako náhradní měření průtoku krve mozkem. Studie se bude skládat z observační a intervenční dílčí studie, které jsou jednotlivě popsány níže.

Observační podstudie: Párové vzorky krve (tj. simultánní vzorky krve z RJV a arteriálních katétrů) budou odebrány 1) ihned po zavedení katétru RJV (očekává se: den 0-2 po přijetí), 2) během intervencí (viz níže) a 3) krátce před odstraněním katétru RJV (očekává se: 3.–6. den po přijetí). Kromě odběru krve podstoupí pacienti se stávajícím zevním komorovým drénem odběr mozkomíšního moku a pacienti s mozkovým mikrodialyzačním katétrem podstoupí odběr přebytečného mikrodialyzátu pro explorativní účely.

Intervenční podstudie: Mírná hypo- a hyperoxie bude vyvolána v náhodném pořadí změnou nastavení ventilátoru (frakce vdechovaného kyslíku), s cílem PaO2 9-10 kPa pro mírnou hypoxii a 13-14 kPa pro mírnou hyperoxii (standardní cíl léčby: 10-12 kPa). Vzorky krve budou odebrány na začátku (normoxie) a po 60 minutách každého zásahu (celkem 3 párové vzorky krve).

Praktické provedení studie, zdravé kontroly:

Experimenty na zdravých subjektech budou prováděny na NICU. Přístrojové vybavení a monitorování jsou podobné tomu, co je popsáno výše: bude zaveden arteriální a RJV katétr a subjekty budou kromě standardního kardiorespiračního monitorování podrobeny monitorování TCD jako indexu průtoku krve mozkem.

Po přístrojovém vybavení a krátké době odpočinku bude provedeno základní vyhodnocení, po kterém budou subjekty podrobeny intervencím v náhodném pořadí: Hypo- a hyperoxie bude vyvolána pomocí těsně přiléhající masky připojené k ventilu bez zpětného dýchání, end- přílivový monitor CO2 a zásobník zásobovaný tlakovými lahvemi. Frakce vdechovaného kyslíku bude titrována se zaměřením na PaO2 9-10 kPa pro mírnou hypoxii a 13-14 kPa pro mírnou hyperoxii. Navíc zdravé subjekty podstoupí třetí intervenci, kde bude podíl vdechovaného kyslíku zvýšen na 100%. Isokapnie bude zajištěna přidáním CO2 do vdechovaného vzduchu ad hoc. Vzorky krve budou odebrány na začátku (normoxie) a po 60 minutách mírné hypoxie, 60 minutách mírné hyperoxie a 60 minutách „těžké hyperoxie“.

BIOCHEMICKÉ ANALÝZY:

V každém časovém bodě odběru bude malé množství krve okamžitě analyzováno na hladiny krevních plynů a acidobazický stav. Zbývající biologické vzorky budou odstředěny, rozděleny na alikvoty a skladovány při -80 °C až do analýzy.

Vzorky krve budou analyzovány na následující markery oxidačního stresu: askorbátový radikál, lipidové hydroperoxidy, myeloperoxidázu a antioxidanty glutathion, α/γ-tokoferol, α/β-karoten, retinol a lykopen.

Budou stanoveny následující metabolity NO: celková koncentrace NO v plazmě (dusičnany (NO3-) + dusitany (NO2-) + S-nitrosothioly (RSNO)) a celkový NO vázaný na červené krvinky (dusitany (NO2-) + nitrosylhemoglobin (HbNO) ) + S-nitrosohemoglobin (HbSNO)). Kromě toho bude 3-nitrotyrosin určen jako náhradní marker pro peroxydusitan.

Budou stanoveny následující biomarkery poškození neurovaskulárních jednotek: S100ß, gliální fibrilární kyselý protein, neuron-specifická enoláza, ubikvitinová karboxy-terminální hydroláza L1, lehký řetězec neurofilament a celkový tau.