Neuroimaging Risiko for postoperativt delirium

Delirium er en fluktuerende bevidsthedsforstyrrelse med ledsagende svækkelse af opmærksomhed, kognition, perception, følelsesmæssig regulering, psykomotoriske evner samt søvn-vågen-cyklusregulering. Delirium opstår hyppigt efter operation med generel anæstesi og udgør en almindelig postoperativ komplikation hos ældre patienter (>=65 år). 'Postoperativt delirium' (POD) refererer til forekomsten af ​​delirium fra så tidligt som tidspunktet umiddelbart efter operationen, dvs. ved opståen fra generel anæstesi og op til 30 dage efter operationen. Den rapporterede forekomst af POD er ​​meget variabel, spænder fra 10% til 70%, afhængigt af patienternes alder, diagnostiske kriterier og typen af ​​operation. De særligt sårbare er de ældste patienter med de mest medicinsk komplekse tilfælde, der gennemgår hjerte-, kar- eller hoftebrudsoperationer. POD er ​​forbundet med funktionelt fald; der er rapporteret en lineær sammenhæng mellem dødelighed og antal deliriske dage. POD har også vist sig at øge risikoen for demens op til 10 gange sammen med en 2 gange stigning i risikoen for institutionalisering og død. POD øger varigheden af ​​det generelle hospitalsophold og er forbundet med mere end en fordobling af et års lægeudgifter. Derfor er der et behov for at belyse mekanismerne bag POD og identificere risikofaktorer, der kan lette passende behandling af patienten for at reducere POD-forekomsten, både fra et sundheds- og et omkostningsperspektiv.

Der er identificeret flere risikofaktorer for POD, som kan kategoriseres i to grupper baseret på, hvornår de opstår i forhold til operation. Præoperative 'baseline' risikofaktorer for POD omfatter ældre alder, allerede eksisterende kognitiv svækkelse, sensorisk og funktionel svækkelse, brug af psykotrope stoffer, historie med svær depressiv lidelse (MDD), institutionsbolig og større komorbiditet, især med hensyn til hjertekarsygdomme. Peri-/intraoperative 'udløsende' risikofaktorer omfatter perioperative smerter, miljøukendskab, type operation, forstyrret søvn, anæstesidosering, brug af blærekateter og den type medicin, der anvendes. Et individs risiko for POD er ​​blevet modelleret som en sum af disse baseline og udløsende risikofaktorer, hvor en øget byrde af baseline præoperative faktorer nødvendiggør færre peri/intraoperative præcipiterende faktorer for at inducere POD. Denne interaktion mellem baseline og udløsende faktorer følger hypotesen om neural funktionel reserve, som antyder, at et individs evne til at tolerere situationer, der omfatter stress på hjernen eller hjerneskade, er afhængig af deres baseline funktionelle reserve - hvilket repræsenterer en patients 'resiliens'. Baseline præoperative risikofaktorer for POD kan ses som faktorer, der reducerer en patients reserve eller modstandskraft, og peri-/intraoperative 'udløsende' risikofaktorer kan ses som gode eksempler på situationer, der omfatter stress på hjernen. En lav funktionel reserve har vist sig at være en uafhængig risikofaktor for POD. Derfor er undersøgelser af de underliggende baseline præoperative neurologiske svækkelser, der har den effekt at reducere en patients modstandskraft over for peri-/intraoperative stressfaktorer - og øger deres risiko for POD - meget berettiget. Efterforskerne vil vurdere, om to potentielle baseline præoperative neurale svækkelser bidrager til en patients risiko for POD.

Det glymphatiske system er et nyligt opdaget affaldsrensningssystem i hjernen, der udnytter de perivaskulære kanaler til at feje cerebrospinalvæske (CSF) gennem og væk fra hjernens parenkym, tager affaldsprodukter og ekstracellulære metabolitter med sig, hvilket i det væsentlige renser hjernen. Aquaporin-4-vandkanaler placeret ved astrocytisk sluttilførsel udgør en væsentlig komponent i dette system, hvilket letter CSF-bevægelse fra perivaskulært rum ind i det interstitielle rum. Der er et lille antal ikke-invasive foranstaltninger til rådighed for at vurdere aspekter af glymphatisk systemfunktion hos mennesker. Den første foranstaltning blev foreslået, hvorved hurtig fMRI-optagelse (TR<400ms) - med grænsekanten af ​​volumenet (dvs. skive 0) placeret på niveau med den fjerde ventrikel - muliggør detektering af væskeindstrømning, der ankommer til kanten af billedvolumen med høj signalintensitet. Det optagne CSF-signal med langsomme svingninger ved omkring 0,05 Hz viste sig at være af signifikant højere amplitude under søvn versus vågen, drevet af langsomme neurale oscillationer i deltaområdet (~1-4Hz), og var anti-relateret med fluktuationer i den globale grå sag FED signal. Et fald i denne anti-relation blev rapporteret hos patienter med Parkinsons sygdom og var signifikant relateret til lavere kognitiv ydeevne på Montreal Cognitive Assessment-værktøjet. En sammenhæng mellem reduceret global BOLD-CSF flowkobling og sværhedsgraden af ​​små karsygdomme er blevet rapporteret, relateret til øget udvidelse af det perivaskulær rum. Derfor kunne den globale BOLD-CSF-kobling give en indikation om svækket glymphatisk transport.

En anden nyere tilgang blev udviklet ved hjælp af diffusionstensor-billeddannelse (DTI) af diffusionsvægtede billeder til at evaluere bevægelsen af ​​vandmolekyler langs dybe medullære vener og deres ledsagende perivaskulærrum, der løber vinkelret på ventrikulærvæggene på en tværgående skive i niveau med den laterale ventrikellegemer. På dette sted giver fordelingen af ​​forskellige fibertyper mulighed for at skelne vanddiffusion langs det perivaskulære rum uafhængigt af det inden for corticofugal corona radiata projektionsfibre (løber i den kraniocaudale retning, dvs. z-aksen) og overordnede longitudinale fascikelassocieringsfibre ( løber i anterior-posterior retning, dvs. y-aksen). Denne tilgang, kaldet 'DTI-ALPS'-metoden, dvs. 'diffusionstensor-billeddannelse langs det perivaskulære rum', kan non-invasivt måle glymphatisk transport (dvs. CSF flow gennem det perivaskulære rum) på dette specifikke sted, som det perivaskulære rum løber vinkelret på både projektions- og associationsfibrene. Områder af interesse mærkes først manuelt fra en T1-vægtet scanning for at måle diffusiviteter i disse fibre langs tre retninger (x, y og z). Perivaskulær diffusion kan evalueres uafhængigt af diffusion langs projektions- og associationsområder ved at identificere forholdet mellem den gennemsnitlige x-akse diffusivitet i begge områder og den gennemsnitlige diffusivitet af disse områder ved akserne vinkelret på x-aksen og fiberkanalerne, dvs. y-aksen for projektionsfibre og z-aksen for associationsfibre.

Perioperative faktorer, såsom typen af ​​GA, i kombination med forskellige andre perioperative faktorer, kan ændre postoperativ hjernefunktion ved at påvirke det glymphatiske system. Dysfunktion af dette system, der fjerner skadelige metabolitter fra hjernen, kan føre til neurologiske lidelser og neuroinflammation. Reduceret glymphatisk systemtransport fører til en øget ophobning af amyloid-beta og tau, hvilket inducerer neuroinflammation, der fører til en kæde af processer, der ender i neuronal skade. Postoperative stigninger i amyloid-beta og tau er blevet rapporteret og vist at være en risikofaktor for POD. Som skitseret ovenfor har forskellige anæstetika forskellige virkninger på det glymfatiske system, og bedøvelsestype har vist sig at være en risikofaktor for POD hos patienter. Flygtige anæstetika som isofluran eller sevofluran har en større chance for at forårsage POD, hvorimod intravenøse anæstetika som dexmedetomidin og propofol tilsyneladende snarere har en beskyttende effekt mod POD.

Ældre patienter, men ikke unge mennesker, er meget modtagelige for POD, hvilket udløser spørgsmålet om, hvorfor denne gruppe er selektivt modtagelig. Som skitseret tidligere omfatter præoperative risikofaktorer for POD præklinisk Alzheimers sygdom, cerebrale mikroemboli, vaskulær demens, hyperglykæmi og andre neurovaskulære sygdomme eller neurodegeneration, som alle viser svækkelse af glymfatisk transport. Aldring er forbundet med degenerative ændringer såsom depolariseret eller nedreguleret aquaporin-4, søvnmangel og reduceret cerebrovaskulær pulsatilitet, som alle har potentiale til at forringe transporten af ​​det glymfatiske system. I overensstemmelse med hypotesen om funktionel reserve er det blevet foreslået, at modtagelige patienter med risiko for POD har allerede eksisterende glymphatisk svækkelse, der skrider langsomt frem uden signifikant kognitiv svækkelse, og at de perioperative risikofaktorer forværrer den allerede eksisterende glymphatiske skade ud over den kompensatoriske grænse, hvilket resulterer i betydelige kognitive ændringer. Denne teori antyder, at baseline præoperative målinger af glymphatisk systemtransport kan være informative om risikoen for POD. Vores primære mål er at undersøge, om baseline præoperative målinger af glymphatisk systemtransport kan være nyttige til at identificere patienter med risiko for POD, ved at bruge de to ikke-invasive MR-baserede mål, der er skitseret tidligere.

Det overordnede formål med denne undersøgelse er at undersøge potentielle underliggende patobiologiske mekanismer, der bidrager til POD, for yderligere at forstå mekanismerne bag denne hyppige lidelse hos ældre og forbedre perioperativ pleje og patientbehandling. Det vil blive vurderet, om en svækkelse af transporten af ​​det lymfatiske system ved præoperativ baseline kan være informativ om risikoen for POD. Alle målværdier vil blive vurderet ved præoperativ baseline. Vurdering af, om en patient er klassificeret som 'POD-patient' eller 'noPOD-patient' er baseret på en diagnose af delirium på en af ​​de fem dage efter operationen (inklusive operationsdagen).