Cerebral Monitor-gesteuerte Therapie zu zerebralen Ergebnissen nach Herzoperationen

Neurologische und kognitive Beeinträchtigungen bleiben häufige Komplikationen, die sich nach einer Herzoperation negativ auf das Ergebnis der Patienten auswirken. Durch die Integration eines Gehirnmonitors, der den zerebralen Sauerstoffgehalt misst, in unser perioperatives Management wollen wir postoperative neurologische und kognitive Defizite verringern und die Lebensqualität dieser Patientengruppe verbessern. Unser Ziel ist es außerdem herauszufinden, wie das geschädigte Gehirn seinen Stoffwechsel als Reaktion auf eine ischämische Verletzung verändert und wie diese neuen Informationen als Leitfaden für neue präventive Behandlungsmethoden für gefährdete Patienten dienen können.

Kurz gesagt ist die zerebrale Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) oder zerebrale Oximetrie ein nicht-invasiver Monitor, der die Sauerstoffversorgung des Gehirns durch Messungen der regionalen Venensättigung abschätzt. Es basiert auf der Messung der intravaskulären Oxyhämoglobinfraktion in einer kleinen Probe der Großhirnrinde durch den Schädel mittels Nahinfrarotlichtspektroskopie. Die zerebrale Oxymetrie untersucht das gesamte reflektierte Licht sowohl von pulsierendem arteriellen als auch nicht pulsierendem venösen Blut, ohne dass Pulsatilität erforderlich ist. Daher kann die zerebrale Oxymetrie weiterhin die Sauerstoffversorgung des Gehirns sowohl während der CPB als auch bei einem Kreislaufstillstand überwachen. Mit diesem Vorteil wird die zerebrale Oxymetrie in unserer täglichen Herzanästhesiepraxis häufig eingesetzt, routinemäßig bei Operationen, die einen Kreislaufstillstand erfordern, und in einigen Einrichtungen für andere elektive CABG- und Klappenersatz-/-reparaturoperationen. Trotz seiner breiten Anwendung gibt es immer noch Kontroversen hinsichtlich seiner Interpretation und seiner Fähigkeit, das zerebrale Ergebnis nach einer Herzoperation zu optimieren. Zu beantwortende Schlüsselfragen sind: 1) die Entsättigungsschwelle, die mit einer schlechten Prognose einhergeht; 2) der absolute Entsättigungswert, bei dem das negative klinische Ergebnis zunimmt, und 3); wenn der relative Trend wichtiger ist, um eine bevorstehende Verschlechterung anzuzeigen. Alle diese Fragen sind für unsere klinische Praxis relevant, bleiben jedoch unbeantwortet. Unsere Forschungsstudie zielt darauf ab, einen ersten Schritt zur Identifizierung der idealen Methode für den Einsatz der zerebralen Oxymetrie bei Herzoperationen zu machen, um das neurologische Ergebnis durch eine präzisere Verwaltung der Hämodynamik und Laborwerte durch einen Behandlungsalgorithmus zu verbessern.

Die zweite Komponente dieser Studie umfasst die Erstellung von metabolomischen Profilen, während wir das perioperative Management von Patienten mit Herzoperationen verfeinern, um deren zerebrales Ergebnis zu verbessern. Trotz enormer Forschungsanstrengungen in den letzten Jahrzehnten gibt es derzeit keinen spezifischen und einzigen neurologischen Biomarker (oder keine Gruppe von Biomarkern), der für den klinischen Einsatz validiert wurde. Mittlerweile bleibt die Neurobildgebung (CT und MRT) der Goldstandard für die Diagnose von Hirnverletzungen. Wenn organspezifische Biomarker identifiziert werden, könnten sie eine zuverlässige und kostengünstige Methode zur Diagnose, Steuerung der Behandlung, Klassifizierung der Schwere eines Schlaganfalls, Vorhersage kognitiver Funktionen und Vorhersage von Komplikationen sein. In jüngster Zeit hat die metabolomische Profilierung umfassende Analysen von Veränderungen in der Auswahl des Stoffwechselbrennstoffs in einer Vielzahl von Modellen ermöglicht, darunter auch bei Herz-Kreislauf-Stillstand. Fortschritte in der Analysetechnologie haben die quantitative Analyse mehrerer Hundert Metaboliten in einer einzigen Messung mit hohem Durchsatz und hoher Empfindlichkeit ermöglicht.

Metabolomisches Profiling umfasst die Quantifizierung niedermolekularer Metaboliten aus Körperflüssigkeiten oder Geweben in einem einzigen Schritt und bietet das Potenzial für die Früherkennung, Therapieüberwachung und Untersuchung der Pathogenese verschiedener Krankheiten. Dieser Biomarker-Nachweis wird in Zellen, Geweben oder Bioflüssigkeiten entweder durch Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) oder Massenspektrometrie (MS) durchgeführt, die dann einer multivariaten Datenanalyse unterzogen werden. Jung et al. untersuchten Schlaganfallpatienten mithilfe der 1H-NMR-Spektropie in Kombination mit einer multivariaten statistischen Analyse. In dieser Studie wurden gestörte Stoffwechselmuster sowohl im Plasma als auch im Urin von Patienten mit bekannten Hirninfarktvorfällen untersucht, um ein spezifisches Proteom zu identifizieren, das mit einem Schlaganfall assoziiert ist. Eine ähnliche Untersuchung wurde mit einer umfassenderen Quantifizierung der Neuroproteomik unter Verwendung eines Nagetiermodells durchgeführt. Biomarker zur Prognose einer akuten Nierenschädigung bei Patienten, die sich einem kardiopulmonalen Bypass (CPB) unterziehen, wurden ebenfalls untersucht. Trotz seines Potenzials für eine breite Anwendung wurde das metabolomische Profiling bisher nicht als Leitfaden für die neuroprotektive Behandlung von Patienten genutzt, die sich einer Herzoperation unterziehen. Wir glauben, dass die einzigartige Kombination dieser beiden Methoden eine wertvolle Gelegenheit darstellt, nicht nur das neurokognitive Ergebnis des Patienten zu verbessern, sondern auch Erkenntnisse darüber zu gewinnen, welche Biomarker eine zerebrale Ischämie oder andere Anzeichen einer Hirnschädigung darstellen.

Unsere spezifischen Ziele sind: 1. Beurteilung des transzerebralen Stoffwechselprofils und des neurokognitiven Ergebnisses als Reaktion auf eine Hirnverletzung bei Patienten, die gemäß zerebraler Oximetrie (NIRS) überwacht und behandelt werden, und solchen, die nur mit NIRS überwacht werden.

Basierend auf der verfügbaren Literatur ist unsere Arbeitshypothese, dass im Vergleich zu nur überwachten Patienten die zerebrale Kraftstoffverwertung bei überwachten und behandelten Patienten unterschiedlich beeinflusst wird, indem ein spezifischer neuroprotektiver Algorithmus strikt befolgt wird.

1.a. Testen Sie die Plasmakonzentrationen von Metaboliten, die die Aminosäure-, Kohlenhydrat-, Energie-, Lipid- und Nukleotidwege darstellen, mithilfe von Kernspinresonanz (NMR) und Massenspektrometrie.

1.b. Vergleichen Sie die neurokognitive Funktion von behandelten und unbehandelten Patienten mithilfe einer umfassenden Testbatterie, die aus 5 Bewertungsmodalitäten zu Studienbeginn, zum Zeitpunkt der Entlassung und 6 Wochen nach der Operation besteht.