Vorhersage eines postoperativen Delirs mithilfe von EEG, Genetik und Neurobiomarkern für Hirnverletzungen (POD-01)

POD ist definiert als eine „schwankende Aufmerksamkeitsstörung, die eine akute Veränderung gegenüber dem Ausgangswert darstellt, die mit einer gestörten Kognition oder Wahrnehmung einhergeht und nicht auf eine bereits bestehende neurokognitive Störung zurückzuführen ist oder im Zusammenhang mit einem stark reduzierten Erregungsniveau auftritt“. Abhängig von der Art der Operation und der untersuchten Population kann sie bei 20 bis 45 % der älteren Patienten auftreten. POD ist eine Belastung für die Gesundheitsdienstleister. Tatsächlich ist es stark mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität verbunden. Die Pathophysiologie der POD ist multifaktoriell und noch nicht vollständig geklärt. Das alternde Gehirn ist anfälliger für die Entwicklung von POD. Allerdings sind mehr als das chronologische Alter, die allgemeine Verletzlichkeit des Patienten und sein bereits bestehender kognitiver Status Indikatoren für seine Fähigkeit, mit diesen perioperativen Stressfaktoren umzugehen. Tatsächlich ist der kognitive Status des Patienten eine Hauptursache für POD, und Modelle zur Vorhersage von POD weisen eine geringe Genauigkeit auf, da sie den präoperativen kognitiven Status des Patienten nicht berücksichtigen. Eine präoperative neurokognitive Beurteilung könnte durchgeführt werden, diese Tests sind jedoch zeitaufwändig und unterliegen verschiedenen Einflussfaktoren. Daher sind objektive Instrumente erforderlich, um Patienten mit präoperativer kognitiver Beeinträchtigung zu unterscheiden.

Erste Hypothese: Das Vorhandensein eines spezifischen intraoperativen EEG-Signalmusters könnte ein Hilfsmittel für eine solche Identifizierung von Patienten mit zugrunde liegender präoperativer kognitiver Gebrechlichkeit sein. Häufig verwendete Anästhetika zur Einleitung und Aufrechterhaltung einer Vollnarkose (z. B. Sevofluran oder Propofol) liefern ein typisches elektroenzephalographisches Muster mit langsamen/Delta- und Alpha-Oszillationen, vorwiegend in der frontalen Großhirnrinde. Genauer gesagt entstehen Alpha-Oszillationen tatsächlich von parieto-okzipitalen Stellen bei wachen Patienten und wandern nach Einleitung der Anästhesie in Richtung Frontalregionen. Dieses Phänomen wird als „Anteriorisierung“ des Alpha-Frequenzbandes bezeichnet. Darüber hinaus entwickelt sich bei allen EEG-Frequenzen der Beitrag der Alpha-Oszillationen zur globalen Verfolgung im Laufe des Erwachsenenalters weiter: Die Alpha-Leistung nimmt tendenziell mit zunehmendem Alter ab, und dieser Rückgang ist bei Vorliegen einer zugrunde liegenden kognitiven Störung (z. B. leichte kognitive Beeinträchtigung, Alzheimer-Krankheit). Noch wichtiger ist, dass gezeigt wurde, dass eine geringere Frontal-Alpha-Band-Anteriorisierung während der Vollnarkose mit niedrigeren präoperativen kognitiven Werten verbunden ist. Darüber hinaus besteht bei diesen Patienten möglicherweise ein höheres Risiko einer intraoperativen EEG-Unterdrückung im Falle einer Überdosis Anästhetika oder häufig sogar trotz einer niedrigeren Anästhetikadosis. In dieser Hinsicht können das Vorhandensein und die Stärke frontaler Alpha-Oszillationen unter Vollnarkose Indikatoren für den präoperativen kognitiven Status des Patienten sein und daher das Risiko einer POD vorhersagen.

Zweite Hypothese: Genetische Studien haben einen Zusammenhang zwischen bestimmten Genotypen und dem Risiko eines kognitiven Verfalls gezeigt. Der APOEe4-Genotyp ist ein bekannter Risikofaktor für die Alzheimer-Krankheit (AD) und hat sich nachweislich auch als Risikofaktor für POD erwiesen. Allerdings ist das APOEe4-Allel weder notwendig noch exklusiv für die Entwicklung von AD, und dies könnte auch für POD gelten, da diese späte Hypothese in anderen früheren Studien zurückgewiesen wurde. Ansonsten haben sich nur wenige Studien mit einigen EEG-Besonderheiten gemäß der APOEe4-Genotypisierung bei AD-Patienten und Kontrollpersonen befasst. Leider sind ihre Ergebnisse hinsichtlich des Vorhandenseins des e4-Allels und der damit verbundenen EEG-Anomalien widersprüchlich. Bisher gibt es keine Studie, die die APOE-Genotypisierung und intraoperative EEG-Muster unter Vollnarkose in Zusammenhang bringt.

Dritte Hypothese: Zusätzlich zu perioperativen Episoden von zerebraler Hypoxie und/oder Hypoperfusion und Neuroinflammation umfassen die pathophysiologischen Mechanismen von POD auch eine potenzielle direkte Schädigung des Gehirns, die sowohl durch Anästhesie als auch durch Operation hervorgerufen wird. Der ideale Biomarker, der hochempfindlich für Hirnverletzungen und hochspezifisch für neuronales Gewebe ist, muss jedoch noch identifiziert werden. Tatsächlich kann die Freisetzung solcher Proteine ​​nach einer neuronalen Verletzung auf vielen Ebenen erfolgen und einige davon haben extrakranielle Quellen. Diese Quellen können daher die beobachteten Ergebnisse beeinflussen. Dies hat zur Folge, dass in der klinischen Praxis keiner der derzeit evaluierten Neurobiomarker (z. B. Interleukine, neuronenspezifische Enolase, S100-Kalzium-bindendes Protein B) haben sich als zuverlässiges diagnostisches und/oder prognostisches Instrument zur Beurteilung postoperativer neurologischer Komplikationen herausgestellt. In letzter Zeit wird den Neurofilamenten viel Aufmerksamkeit geschenkt, da diese Gruppe von Proteinen Teil des Axongerüsts ist und ausschließlich im neuronalen Gewebe exprimiert wird. Infolgedessen weisen ungewöhnlich hohe Konzentrationen an Neurofilamenten in extrazellulären Flüssigkeiten wie Liquor (CSF) oder Serum speziell auf eine Schädigung neuronaler Zellen hin, was einen erheblichen Vorteil im Vergleich zu anderen zuvor getesteten Biomarkern darstellt. Unter den drei Untereinheiten des Neurofilaments hat sich die Untereinheit Neurofilament Light (NfL) als vielversprechend erwiesen. Hohe NfL-Werte wurden bei einer Vielzahl neurodegenerativer Erkrankungen, aber auch bei akuten Ereignissen wie traumatischen Hirnverletzungen und Schlaganfällen festgestellt. Da es möglich ist, NfL im Serum zu messen, ohne dass Proben von Liquor cerebrospinalis entnommen werden müssen, wurde ihre Analyse in der perioperativen Phase erleichtert. Tatsächlich wurden kürzlich Serum-NFL-Spiegel in der perioperativen Phase bei verschiedenen chirurgischen Patientenpopulationen untersucht. Diese Studien liefern uns Informationen über die Kinetik der perioperativen NfL-Freisetzung, zeigen jedoch widersprüchliche Ergebnisse hinsichtlich einer möglichen Korrelation zwischen hohen perioperativen NfL-Werten und dem Auftreten von POD.