Cerebral nitrosativ/oxidativ stress i aneurysmal subaraknoidal blødning (NOX2)

BAGGRUND:

Aneurysmal subaraknoidal blødning (SAH) har en høj morbiditet og dødelighed. Dette skyldes i høj grad udviklingen af ​​sekundær hjerneskade, herunder komplikationsforsinket cerebral iskæmi (DCI), som påvirker 30 % af de første overlevende. Mekanismerne bag sekundær hjerneskade efter SAH er ufuldstændigt forstået.

Nitrogenoxid (NO) er en potent endogen vasodilator produceret 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 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 efter SAH, 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 (og en nøglemekanisme bag DCI), hævder andre, at en overproduktion af NO medieret af iNOS er maladaptiv respons, der fører til forværret vævsskade pga. nitrosativ stress.

Den transcerebrale (dvs. arteriel til jugulær venøs) udveksling af NO-metabolitter og dens indbyrdes sammenhæng med oxidativt stress er aldrig blevet undersøgt hos patienter med SAH. Forskerne antager, at SAH er forbundet med en indledende reduktion i den cerebrovaskulære biotilgængelighed af NO på grund af opfangning af frie radikaler. Dette kan bidrage til en ond cirkel, hvor en resulterende stigning i mikrovaskulær modstand, cerebral hypoperfusion og hjernevævshypoksi yderligere øger produktionen af ​​frie radikaler og NO-depletering, hvilket i sidste ende fører til iskæmisk hjerneskade og dårligt resultat.

HYPOTESER:

Denne eksplorative undersøgelse vil karakterisere den transcerebrale udveksling af oxidative/nitrosative stressmarkører og NO-metabolitter i den tidlige fase efter SAH sammenlignet med raske frivillige. Derudover vil den undersøge indflydelsen af ​​disse forstyrrelser på indekser for hjerneiskæmi og metabolisk dysfunktion som vurderet ved multimodal neuromonitorering, og indflydelsen af ​​inducerede ændringer i arteriel iltspænding (PaO2). Efterforskerne antager, at:

1. Patienter vil have en større cerebral efflux af oxidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebrovaskulær biotilgængelighed af NO sammenlignet med raske kontroller.
2. SAH-patienter vil udvise et progressivt fald i den transcerebrale frigivelse af oxidative/nitrosative stressmarkører og en tilsvarende stigning i den cerebrovaskulære biotilgængelighed af NO i dagene efter ictus.
3. En større klinisk sværhedsgrad af SAH vil være forbundet med en større transcerebral frigivelse af oxidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebrovaskulær biotilgængelighed af NO.
4. En lavere iltspænding i hjernevæv (PbtO2) og en større belastning af hjernevævshypoksi (defineret som procentdelen af ​​overvågningstid med en PbtO2 <20 mmHg) vil være forbundet med en større cerebral efflux af oxidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebral biotilgængelighed af NO.
5. Et større mikrodialysat-lactat/pyruvat-forhold og en større byrde af hjernens metaboliske krise (defineret som procentdelen af ​​overvågningstid med et lactat/pyruvat-forhold >40 og glucosekoncentration <0,7 mmol/l) vil være forbundet med en større cerebral efflux af oxidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebral biotilgængelighed af NO.
6. Induceret mild hypoxi vil være forbundet med en øget transcerebral frigivelse af markører for oxidativ/nitrosativ stress og en reduktion i den cerebrovaskulære biotilgængelighed af NO sammenlignet med baseline, mens induceret mild hyperoxi vil have den modsatte effekt.

Til udforskningsformål vil vi også prøve cerebrospinalvæske (CSF) hos patienter med eksternt ventrikulært dræn og overskydende cerebralt mikrodialysat, når dette er tilgængeligt.

METODER:

Studiet er et prospektivt fysiologisk studie, som vil omfatte patienter med SAH indlagt på Neurointensiv afdeling (NICU) på Rigshospitalet. Patientinklusion fortsættes, indtil vi har opnået fuldstændige data om 20 patienter i det interventionelle delstudie (se nedenfor), eller indtil 1. april 2024, hvorefter inklusion stoppes, og data vil blive analyseret uanset antallet af inkluderede patienter . Derudover vil 12 raske forsøgspersoner blive inkluderet til at fungere som kontrolgruppe.

Praktisk gennemførelse af undersøgelsen, patienter:

Patienterne vil få indlagt et arteriekateter kort efter indlæggelsen som led i rutineplejen. Derudover vil der så tidligt som muligt efter at aneurismen er sikret, indsættes et retrograd internt jugulært venekateter (RJV kateter) til prøvetagning af cerebralt venøst ​​blod. Vitale parametre vil blive overvåget i henhold til standardpraksis på NICU, og patienter vil gennemgå kontinuerlig multimodal neuromonitorering af intrakranielt tryk (ICP), PbtO2 og hjernemetabolisme (cerebral mikrodialyse). Under interventioner vil transkraniel Doppler-ultralyd (TCD) blive brugt til at bestemme middel-gennemstrømningshastigheden i den midterste cerebrale arterie som et surrogatmål for cerebral blodgennemstrømning. Undersøgelsen vil bestå af et observationelt og et interventionelt delstudie, som er beskrevet individuelt nedenfor.

Observationel delundersøgelse: Parrede blodprøver (dvs. samtidige blodprøver fra RJV og arteriekatetre) vil blive udtaget 1) umiddelbart efter placering af RJV kateteret (forventet: dag 0-2 efter indlæggelse), 2) under interventioner (se nedenfor) , og 3) kort før fjernelse af RJV kateteret (forventet: dag 3-6 efter indlæggelse). Udover blodprøvetagning vil patienter med et eksisterende eksternt ventrikulært dræn gennemgå prøveudtagning af CSF, og patienter med et cerebralt mikrodialysekateter vil gennemgå prøveudtagning af overskydende mikrodialysat til eksplorative formål.

Interventionel delstudie: Mild hypo- og hyperoksi vil blive induceret af i en randomiseret rækkefølge ved at ændre ventilatorindstillinger (fraktionen af ​​indåndet oxygen), med sigte på en PaO2 på 9-10 kPa for mild hypoxi og 13-14 kPa for mild hyperoksi (standard). behandlingsmål: 10-12 kPa). Blodprøver vil blive udtaget ved baseline (normoxia) og efter 60 minutter efter hver intervention (3 parrede blodprøver i alt).

Praktisk gennemførelse af undersøgelsen, sunde kontroller:

Eksperimenter med raske forsøgspersoner vil blive udført på NICU. Instrumentering og overvågning svarer til det, der er beskrevet ovenfor: et arterielt- og RJV-kateter vil blive indsat, og forsøgspersoner vil gennemgå TCD-monitorering som et indeks for cerebral blodgennemstrømning ud over standard kardiorespiratorisk overvågning.

Efter instrumentering og en kort hvileperiode vil der blive gennemført en baseline evaluering, hvorefter forsøgspersoner vil gennemgå interventioner i en randomiseret rækkefølge: Hypo- og hyperoksi vil blive induceret ved hjælp af en tætsiddende maske forbundet til en ikke-genåndende ventil, en ende- tidevands CO2-monitor, og et reservoir forsynet gennem trykgasflasker. Fraktionen af ​​indåndet oxygen vil blive titreret med henblik på en PaO2 på 9-10 kPa for mild hypoxi og 13-14 kPa for mild hyperoksi. Derudover vil raske forsøgspersoner gennemgå en tredje intervention, hvor fraktionen af ​​indåndet oxygen vil blive øget til 100 %. Isocapni vil blive sikret ved at tilføje CO2 til den inspirerede luft ad hoc. Blodprøver vil blive udtaget ved baseline (normoksi) og efter 60 minutter med mild hypoxi, 60 minutter med mild hyperoksi og 60 minutter med "alvorlig hyperoksi".

BIOKEMISKE ANALYSER:

Ved hvert prøveudtagningstidspunkt vil en lille mængde blod straks blive analyseret for niveauer af blodgasser og syre-base-status. De resterende biologiske prøver vil blive centrifugeret, alikvoteret og opbevaret ved -80°C indtil analyse.

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.