Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie in der Herzchirurgie bei Erwachsenen

Perioperative zerebrale Verletzungen sind eine häufige und signifikante Komplikation bei Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen. 1,2 Während einer Herzoperation kann es infolge von Minderdurchblutung, Hirnembolie und/oder Entzündung zu Hirnverletzungen kommen. 3 Diese intraoperativen zerebralen Verletzungen können sich als postoperative neurokognitive Dysfunktion (z. B. beeinträchtigtes Gedächtnis und Aufmerksamkeit, Stimmungsschwankungen), Schlaganfall, Delirium, Gesichtsfeldausfälle und Koma manifestieren. 4 Etwa 1 % bis 4 % der herzchirurgischen Patienten mit Herzeingriffen in geschlossener Kammer erleiden einen komplizierten Schlaganfall. Die Schlaganfallinzidenz steigt bei offenen Kammer- (z. B. Herzklappenchirurgie) oder kombinierten/komplexen Eingriffen deutlich auf etwa 8 % bis 9 % an. Diese Patienten mit neurologischen Verletzungen sind mit erhöhter postoperativer Sterblichkeit, verlängerter Intensivstation, Krankenhausaufenthalt, verminderter Lebensqualität und vermindertem Langzeitüberleben verbunden. 4 Trotz der Fortschritte bei chirurgischen Techniken und der perioperativen Versorgung, die seit den 1980er Jahren zu einem fortschreitenden Rückgang der Sterblichkeit bei Herzoperationen geführt haben1,5,6, ist die Inzidenz postoperativer neurologischer Komplikationen relativ unverändert geblieben. Dies hängt weitgehend mit dem Mangel an wirksamer Überwachung und Intervention zur Erkennung und Linderung intraoperativer Hirnverletzungen zusammen.

Eine potenziell behandelbare Ursache einer zerebralen Verletzung während einer Herzoperation ist ein durch Hypoperfusion verursachter Infarkt/Ischämie. 7 Wassereinzugsgebiete oder Grenzzonen befinden sich entlang der Grenzzonen zwischen den Territorien zweier großer Hirnarterien (z. B. der mittleren und hinteren oder der vorderen und mittleren Hirnarterie), wo endständige arterioläre Anastomosen vorhanden sind, die anfälliger für Infarkte im Zusammenhang mit Hypoperfusion sind. Ischämie. 8 Diese Verletzungen im Zusammenhang mit Hypoperfusion können möglicherweise durch systematische Erhöhung des Blutdrucks behandelt werden, wenn diese Verletzungen früh erkannt werden. In früheren Studien wurde die Elektroenzephalographie verwendet, um intraoperative Hirnverletzungen im Bereich der Wasserscheide zu erkennen9, aber der klinische Nutzen der Elektroenzephalographie ist aufgrund ihres umständlichen Aufbaus und ihrer komplexen Logistik begrenzt. Daher zielt diese Studie darauf ab, ein neuartiges Mehrkanal-fNIRS zu verwenden, um die zerebrale Oxygenierung in mehreren Gehirnregionen gleichzeitig bei erwachsenen Patienten zu erkennen und zu überwachen, die sich einer Herzoperation unterziehen. Diese Studie wird die Erfahrungen mit der Verwendung von fNIRS als Überwachungsinstrument in der Herzchirurgie erweitern und das Verständnis für das Muster der zerebralen Verletzung während der Herzchirurgie verbessern.

Die funktionelle Mehrkanal-Infrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine aufkommende bildgebende Technik des Gehirns zur Messung hämodynamischer Veränderungen an der kortikalen Oberfläche. Während der Erfassung von fNIRS-Daten wird Licht (600-900 nm) von Lichtquellen emittiert, die den Schädel passieren und den Kortex erreichen können. Vom Kortex reflektierte Photonen können von Detektoren, die in unmittelbarer Nähe der Quellen platziert sind, erfasst und quantifiziert werden. Licht wird hauptsächlich durch sauerstoffreiches Hämoglobin und sauerstoffarmes Hämoglobin absorbiert, die unterschiedliche Absorptionsspektren aufweisen. Veränderungen in den Konzentrationen von Oxy- und Desoxy-Hämoglobin, die von der neuronalen Aktivierung stammen, können unter Verwendung von zwei oder mehr Wellenlängen quantifiziert werden. Die frühen Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von zerebraler Nahinfrarot-Spektroskopie mit zwei Kanälen eine tiefgreifende zerebrale Entsättigung vermeiden kann und mit signifikant weniger Fällen von schweren Organdysfunktionen verbunden ist. 10 Eine wesentliche Einschränkung von Zweikanal-NIRS besteht jedoch darin, dass die Sensorplatzierung derzeit auf die Stirn beschränkt ist, sodass nur die Frontallappen überwacht werden. Eine solche Anordnung verhindert die Überwachung der kritischen hinteren Wasserscheide an der Verbindungsstelle der vorderen, mittleren und hinteren zerebralen Arterien und führt zu einem unentdeckten Schlaganfall, obwohl die Patienten während der gesamten Operation eine normale zerebrale Oxygenierung aufweisen. Das Fehlen einer umfassenden kortikalen Abdeckung der wichtigen Hirnregionen, wie z. B. des Wassereinzugsgebiets, schränkt auch die Nützlichkeit von Zweikanal-NIRS als Forschungswerkzeug zur Beurteilung des regionalen zerebralen Flusses und Stoffwechsels während einer Herzoperation ein. Das Mehrkanal-fNIRS bietet eine Reihe von Vorteilen für die intraoperative Beurteilung von chirurgischen Patienten, darunter seine hohe zeitliche Auflösung (~100 ms), seine geringen Kosten und seine Portabilität. Das Mehrkanal-fNIRS ermöglicht bis zu 64 Kanäle zur Datenerfassung und -interpretation in Echtzeit, was eine angemessene räumliche und zeitliche Auflösung ermöglicht, um die gefährdeten Hirnregionen intraoperativ zu beurteilen. In dieser Studie werden nur 16 Kanäle verwendet, um die Sauerstoffversorgung des Gehirns zu beurteilen.

Das fNIRS-System in dieser Studie ist ein von Health Canada zugelassenes Gerät der Klasse I (NIRx NIRScout 64x32 Laser/LED 4-wavelength fNRIS system, info:https://nirx.net/nirscout). Es erwärmt sich nicht und kann das Sehvermögen nicht schädigen. Dieses im Handel erhältliche Gerät wurde in früheren Studien bei Neugeborenen bei Western (WREM-Nr.: 111168, 113443) und anderen in der Literatur veröffentlichten Studien sicher verwendet. Dieses Gerät ist für die Überwachung der Sauerstoffversorgung des Gehirns beim Menschen zugelassen.

Prospektive Beobachtungsstudie an einem einzigen Standort, in der Patienten, die sich herzchirurgischen Eingriffen unterziehen, mithilfe von Mehrkanal-fNIRS-Überwachung überwacht werden, um die zerebrale Oxygenierung in Regionen des Gehirns zu beurteilen, die während einer Herzoperation anfällig für Verletzungen sind. In dieser Studie wird keine Intervention verwendet. Insgesamt 40 Patienten werden in die Studie aufgenommen und erhalten diese Überwachung während der Operation. Es wird keine Randomisierung und keine zusätzlichen Änderungen des Behandlungsstandards geben.

Patienten, die der Teilnahme an dieser Studie zustimmen, erhalten eine Gehirnüberwachung in Form von Mehrkanal-fNIRS-Überwachung, die nicht Standardbehandlung ist. Dies besteht aus dem Tragen der NIRS-Haube, die gemäß internationalen Operationsrichtlinien auf dem Kopf des Patienten positioniert und an der Schläfenregion der Stirn des Patienten befestigt wird. Die NIRS-Kappe ist völlig nicht-invasiv und stellt kein zusätzliches Risiko für den Patienten dar. Die Überwachung wird vor der Narkoseeinleitung begonnen.