Systemisk nitrosativ/oxidativ stress hos patienter med akut hjerneskade (NOX)

BAGGRUND:

Akut hjerneskade på grund af traumatisk hjerneskade (TBI), intracerebral blødning (ICH) og aneurysmal subaraknoidal blødning (SAH) er en væsentlig årsag til dødelighed og permanent invaliditet på verdensplan. Uafhængigt af dens ætiologi er akut hjerneskade forbundet med en udbredt aktivering af cellulære og biokemiske processer, som kan forværre skaden efter den primære skade - dette kaldes sekundær hjerneskade.

Nitrogenoxid (NO) er en potent endogen vasodilator fremstillet af arginin af enzymet nitrogenoxidsyntase (NOS), som findes i tre isoformer: endotel, neuronal og inducerbar NOS (eNOS, nNOS og iNOS). Ved betændelsestilstande og oxidativt stress (f.eks. ved akut hjerneskade) kan frie radikaler reagere med NO og danne peroxynitrit (ONOO-), som er meget reaktivt og direkte kan beskadige biologiske makromolekyler såsom lipider og proteiner. Dette fænomen, dvs. en øget produktion af reaktive nitrogenarter, der potentielt kan føre til cellulær skade, kaldes nitrosativ stress.

Det er en udbredt opfattelse, at oxidativ/nitrosativ stress og associerede forstyrrelser i metabolismen af ​​NO er ​​involveret i udviklingen af ​​sekundær hjerneskade, men den nøjagtige rolle af disse mekanismer er stadig ufuldstændig forstået. Mens nogle forfattere mener, at NOS-dysfunktion og en deraf følgende lav NO-biotilgængelighed er en vigtig årsag til sekundær hjerneskade, hævder andre, at en overproduktion af NO medieret af iNOS er en utilpasset reaktion, der fører til forværret vævsskade på grund af nitrosativ stress.

Forskerne antager, at akut hjerneskade er forbundet med en øjeblikkelig stigning i cirkulerende biomarkører for oxidativt stress og en reduktion i biotilgængeligheden af ​​NO på grund af dannelse af peroxynitrit (nitrosativt stress), og at dette repræsenterer en vigtig mekanisme bag udviklingen af ​​sekundær hjerne skade. Dette fald i NO-tilgængelighed kan bidrage til en ond cirkel, hvor en resulterende stigning i mikrovaskulær modstand, cerebral hypoperfusion og hjernevævshypoksi yderligere øger produktionen af ​​frie radikaler. Det er imidlertid yderligere hypotese, at det indledende fald i NO-tilgængelighed efterfølges af en iNOS-medieret stigning i NO-metabolitter i de efterfølgende dage efter skade. Denne eksplorative undersøgelse vil forsøge at karakterisere disse ændringer og deres rolle hos patienter med akut hjerneskade.

HYPOTESER:

1. Patienterne vil have de højeste niveauer af oxidative/nitrosative stressmarkører og laveste niveauer af NO-metabolitter umiddelbart efter ictus, med en progressiv reduktion af oxidative/nitrosative stressmarkører og stigning i NO-metabolitter i løbet af de efterfølgende dage.
2. Graden af ​​oxidativ/nitrosativ stress vil være forbundet med et ugunstigt klinisk forløb (f.eks. episoder med neuroforværring), dårligt neurologisk resultat og død.
3. Patienter med en højere sygdomssværhedsgrad (f.eks. en højere World Federation of Neurological Surgeons Score for patienter med SAH) vil have en større grad af oxidativt/nitrosativt stress sammenlignet med patienter med en lavere sygdomsgrad.
4. Graden af ​​oxidativ/nitrosativ stress vil være forbundet med graden af ​​biomarkør-bestemt neurovaskulær enhedsskade.
5. Graden af ​​oxidativ/nitrosativ stress vil være forbundet med tegn på systemisk organdysfunktion.
6. Graden af ​​oxidativ/nitrosativ stress og relativ NO-depletering er forbundet med hjernevævshypoksi, metabolisk krise i hjernen og kortikal spredning af depolariseringer (hos en undergruppe af patienter, der gennemgår multimodal neuromonitorering).

METODER:

Studiet er et enkeltcenter, prospektivt, eksplorativt, observationsstudie, som vil omfatte 50 patienter med SAH, 50 patienter med ICH og 50 patienter med TBI indlagt på Neurointensiv afdeling (NICU) på Rigshospitalet, København. Patientinklusion fortsætter indtil det planlagte antal patienter er indskrevet, eller indtil 1. maj 2023, hvorefter inklusion stoppes og data analyseres uanset antallet af inkluderede patienter.

Arterielle blodprøver vil blive indsamlet på 3 tidspunkter: dag 0-2 (tidlig), dag 3-5 (mellemliggende) og dag 6-8 (sen) efter indlæggelse. Hvis der ikke er noget arteriekateter tilgængeligt, kan der som et alternativ udtages centrale venøse eller perifere venøse prøver. Blodprøver vil kun blive udtaget under indlæggelse på NICU og/eller intermediær afdeling, og prøvetagning vil blive standset i tilfælde af udskrivelse til en anden afdeling.

Demografiske, kliniske og parakliniske data vil blive indhentet fra hver patients elektroniske journal. Data fra multimodal neuromonitorering (dvs. intrakranielt tryk, iltning af hjernevæv, cerebral mikrodialyse og/eller elektrokortikografi) vil blive indsamlet løbende sammen med fysiologiske parametre, når de er tilgængelige. Neurologisk udfald (som bestemt af den modificerede Rankin-skala) vil blive fastlagt efter 6 måneder i forbindelse med et ambulant opfølgningsbesøg på hospitalet eller gennem telefoninterview.

BIOKEMISKE ANALYSER:

Blodprøver vil blive analyseret for følgende markører for oxidativt stress: ascorbat-radikalet, lipidhydroperoxider, myeloperoxidase og antioxidanterne glutathion, α/γ-tocopherol, α/β-caroten, retinol og lycopen.

Følgende NO-metabolitter vil blive bestemt: total plasma-NO-koncentration (nitrat (NO3-) + nitrit (NO2-) + S-nitrosothioler (RSNO)) og total bundet NO (nitrit (NO2-)) + nitrosylhæmoglobin (HbNO) ) + S-nitrosohæmoglobin (HbSNO)). Derudover vil 3-nitrotyrosin blive bestemt som en surrogatmarkør for peroxynitrit.

Følgende biomarkører for neurovaskulær enhedsskade vil blive bestemt: S100ß, glialfibrillært surt protein, neuronspecifik enolase, ubiquitin carboxyterminal hydrolase L1, neurofilament let-kæde og total tau.