Regionale zerebrale Sauerstoffversorgung und Gehirnblutvolumen während einer Herzoperation mit dem NeurOS-System (COBBV-CS)

1. Titel des Forschungsprojekts： Untersuchung der regionalen zerebralen Oxygenierung und der Veränderungen des Gehirnblutvolumens während einer Herzoperation unter Verwendung des NeurOS-Systems (COBBV-CS Trial)
2. Hintergrund/Problemstellung: Die Überwachung der regionalen zerebralen Oxygenierung (rSO2) hat klinisch zugenommen und ist in einigen Einrichtungen sogar zum Behandlungsstandard geworden. Die Überwachung der intrakraniellen Gewebeoxygenierung ist grundsätzlich möglich, da Licht im nahen Infrarotspektrum (700–900 nm) Knochen, Muskeln und anderes Gewebe durchdringt. Oxyhämoglobin und Desoxyhämoglobin haben unterschiedliche Spitzenabsorptionsspektren, aber es gibt eine isobestische Wellenlänge (d. h. eine Wellenlänge, für die die Spitzenabsorption von Licht für Oxyhämoglobin und Desoxyhämoglobin ähnlich ist, etwa 810 nm) für die Absorption durch Gesamthämoglobin. Die Bestimmung von rScO2 ist somit mit Transmission von nur 2 Wellenlängen der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) möglich, um die relativen Konzentrationen von Oxyhämoglobin gegenüber Gesamthämoglobin zu bestimmen. Eine Abnahme des rSO2 gegenüber dem Ausgangswert von > 20 % oder ein absoluter rSO2-Wert von < 50 % wird in klinischen Studien oft als klinisch bedeutsame Reduktion oder „Entsättigung“ angegeben.

Die Daten zum Nutzen von NIRS zur Vorbeugung oder Reduzierung von Schlaganfällen oder Delirien nach Herzoperationen sind umstritten. Es müssen jedoch die inhärenten Einschränkungen von Monitoren allein erkannt werden, um klinische Ergebnisse ohne einen standardisierten Interventionsalgorithmus zu beeinflussen. Obwohl mehrere NIRS-Monitore in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern hauptsächlich zur Beurteilung der Angemessenheit der zerebralen Oxygenierung während der Operation zugelassen sind, basiert ihre Zulassung nicht auf der Indikation, neurologische Komplikationen zu erkennen und/oder deren Häufigkeit zu senken. In Bezug auf Letzteres wird weithin angenommen, dass Schlaganfälle hauptsächlich aus zerebraler Embolie und/oder zerebraler Hypoperfusion resultieren. Wichtig ist, dass beide Ätiologien zu einer zerebralen Verletzung bei demselben Patienten beitragen können, da eine Hypoperfusion das Auswaschen einer Mikroembolie verzögern und/oder die kollaterale Perfusion der ischämischen Penumbra beeinträchtigen kann. Viele Schlaganfälle treten jedoch in subkortikalen Gehirnbereichen oder an Stellen auf, die vom Bereich der NIRS-Überwachung entfernt sind, und viele treten in der postoperativen Phase nach Abschluss der NIRS-Überwachung auf.

Darüber hinaus wurden die technologischen Fortschritte bei der NIRS-Überwachung fortgesetzt und umfassen nun die Möglichkeit, eine bettseitige Überwachung der zerebralen Autoregulation durchzuführen. Die regionale zerebrale Oxygenierung stellt einen klinisch akzeptablen Ersatz für den zerebralen Blutfluss (CBF) für die klinische Autoregulationsüberwachung bereit. Die Überwachung der CBF-Autoregulation mit rSO2 hat viele klinisch attraktive Merkmale, einschließlich der folgenden: Sie ist nicht invasiv, die Überwachung erfordert nur wenig Eingriffe des Pflegepersonals und sie hat eine ausreichende Auflösung, um die untere Autoregulationsschwelle zu unterscheiden, um eine Gehirnischämie zu verhindern. Andererseits ist eine einfache Erhöhung der Zielwerte für den mittleren Blutdruck während der CPB möglicherweise nicht unbedingt vorteilhaft, da dies bei einigen Personen zu einem Blutdruck über der Obergrenze der Autoregulation führen kann, was möglicherweise zu einer zerebralen Hyperperfusion führen und die zerebrale Embolielast erhöhen könnte und/oder Verstärkung des zerebralen Ödems im Rahmen einer systemischen Entzündungsreaktion auf eine Herzoperation. Die Individualisierung des Blutdrucks während CPB auf der Grundlage physiologischer Endpunkte wie der rSO2-Überwachung anstelle empirischer Ziele kann ein Mittel zur Modifizierung des Risikos für Nierenschäden und schwere Organmorbidität und möglicherweise Mortalität darstellen.

Problemstellung: Einweg-rSO2-Sensoren sind kostspielig und werden zu einem geschwindigkeitsbegrenzenden Faktor, der ihre weit verbreitete klinische Anwendung behindert. Wiederverwendbare Sensoren wie die zerebrale Oximetrie von NeurOS kosten nur einen Bruchteil bei ähnlicher Leistung bei gesunden Probanden. Die Ermittler werden NeurOS in Übereinstimmung mit der von der FDA zugelassenen Kennzeichnung und Indikationen verwenden. Die Herzchirurgie weist erhebliche Variationen und eine große klinische Bedeutung der zerebralen Oxygenierung während verschiedener Stadien der Operation auf. Änderungen des Blutvolumens vor, während und nach einem kardiopulmonalen Bypass wurden bisher nicht untersucht und könnten wichtige Informationen liefern, um postoperative kognitive Veränderungen zu verhindern. Das NeurOS-System berechnet die Summe der Dämpfung zweier Wellenlängen, um kontinuierlich den Hirnblutvolumenindex (BVI) bereitzustellen.

3. Ziele:

1. Vergleich der Leistung von NeurOS mit dem INVOS-System während einer Herzoperation
2. Untersuchung der Änderungen des Blutvolumens im Gehirn während einer Herzoperation, die noch nie zuvor untersucht wurde.

4. Studiendesign/Methodik: Alle herzchirurgischen Patienten erhalten bereits während der Operation am Jewish Hospital eine zerebrale Oxymetrieüberwachung durch INVOS. Sowohl INVOS- als auch NeurOS-Pads werden am selben Patienten angebracht. Die kontinuierliche Überwachung beider zerebraler Oximetriedaten für die gesamte Dauer der Herzoperation wird aufgezeichnet und auf einem USB-Laufwerk zum Abrufen und Analysieren gespeichert. Zu den wichtigsten Daten der linken und rechten zerebralen Oximetrie gehören: Baseline, Anästhesieeinleitung, Inzision, Einleitung des kardiopulmonalen Bypasses (CPB), Aortenklemme, Ablösung von CPB und Hautverschluss. Diese Schlüsselpunktdaten werden zum Vergleich zwischen NeurOS und INVOS in Bezug auf die prozentuale Änderung gegenüber der Basislinie extrahiert. Zusätzlich wird für jeden Patienten ein Zeit-rSO2-Diagramm neben der zerebralen Oxygenierung von NeurOS und INVOS zum Trendvergleich gezeichnet.

1. . Stichprobenauswahl und -größe: 100 konsekutive herzchirurgische Patienten im Jewish Hospital, Louisville, KY (2 Monate bis zur Rekrutierung)
2. . Beschreiben Sie den vorgeschlagenen Eingriff: Bringen Sie vor der Narkoseeinleitung den Einweg-NeurOS Sensor für zerebrale Oximetrie auf der Stirn von Patienten an, die im Operationssaal herzoperiert werden sollen.
3. . Datenerhebungsverfahren, verwendete Instrumente und Methoden zur Datenqualitätskontrolle: Anästhesieanbieter (betreuende Anästhesisten, Bewohner und CRNAs) bieten routinemäßige Anästhesieversorgung für Herzoperationen. Die NeurOS- und INVOS-rSO2-Messwerte werden automatisch im VO200-NeurOS-Monitor für zerebrale Oximetrie bzw. im INOVS-Monitor aufgezeichnet. Signifikante Ereignisse (Basislinie, Anästhesieeinleitung, Inzision, Einleitung des kardiopulmonalen Bypasses (CPB), Aortenklemme, Ablösung der CPB und Hautverschluss) werden von den Anästhesieanbietern in den einzelnen Systemen manuell markiert. Der Hirnblutvolumenindex wird automatisch aufgezeichnet und nach Abschluss der Operation vom NeurOS-System zurückgezogen. Alle Daten werden zur Speicherung und Analyse vom System auf ein verschlüsseltes USB-Laufwerk heruntergeladen. Die Datenqualitätskontrolle wird durch die einzelnen Systemalarme für schlechte Signale sichergestellt und von Anästhesieanbietern korrigiert.
4. . Analyse- und Beobachtungseinheit: Zerebrale Oxygenierung in Prozent von Oxyhämoglobin. Hirnblutvolumenindex als Summe der Dämpfung zweier Wellenlängen.

5. Rekrutierungsmethoden für Probanden: Alle Patienten, die sich für eine Herzoperation im Jewish Hospital vorstellen, werden am Tag der Operation im präoperativen Bereich für eine mögliche Rekrutierung kontaktiert.

6. Prozess der informierten Zustimmung/vollständiger Verzichtsprozess: Alle Teilnehmer erhalten eine informierte Zustimmung.

7. Forschungsverfahren:

Bei allen zugelassenen Patienten werden in NeurOS- und INVOS-Systemen die zerebrale Oxygenierung und der Index des Gehirnblutvolumens bei Raumluft oder Ausgangssauerstoffbedarf gemessen. Sowohl NeurOS als auch INVOS rSO2 und Hirnblutvolumenindizes werden während der gesamten Herzoperation kontinuierlich aufgezeichnet und im jeweiligen System gespeichert. Eine Vollnarkose wird durch die Verwendung von O2 eingeleitet, das über eine Gesichtsmaske und IV Fentanyl 1 μg/kg, Propofol 2-3 mg/kg und Rocuronium 1 mg/kg verabreicht wird. Die Aufrechterhaltung der Anästhesie wurde mit inhaliertem Isofluran in einem Luft/Sauerstoff-Gemisch und Muskelrelaxation mit intermittierenden Boli von Rocuronium erreicht. Fentanyl wird als zusätzliche Analgesie verwendet. Die normokapnische Beatmung wurde aufrechterhalten. Nach Abschluss der Operation und Entwöhnung vom Herz-Lungen-Bypass werden titrierte Protamindosen verabreicht, um die gerinnungshemmende Wirkung von Heparin umzukehren, mit dem Ziel, die präoperative aktivierte Gerinnungszeit zu erreichen.

Nach der Operation werden alle rSO2- und Hirnblutvolumenindexdaten zur Analyse und Speicherung auf ein verschlüsseltes USB-Laufwerk heruntergeladen.

8. Risiken minimieren:

1. Alle HIPPA-bezogenen Informationen werden auf einem privaten Computer auf einem passwortgeschützten Computer gespeichert.
2. Die Reinigung von Kabeln, Monitoren und wiederverwendbaren Geräten erfolgt nach jedem Gebrauch.
3. Es werden standardmäßige elektrische Vorsichtsmaßnahmen befolgt, um einen Stromschlag für Anbieter und Patienten zu vermeiden.

9. Plan für die Analyse der Ergebnisse:

• Trenddiagramme der Zerebraloximetrie von INVOS und NeurOS werden zusammen dargestellt, um zu vergleichen, ob sie einem ähnlichen Trend folgen. Die Abweichung der zerebralen Oxygenierung von der Grundlinie wird durch statistische Analyse verglichen, um festzustellen, ob NeurOS in diesen kritischen Momenten während einer Herzoperation so gut abschneidet wie INVOS.
• Trenddiagramme des NeurOS-Gehirnblutvolumens, des arteriellen Blutdrucks, des zentralvenösen Drucks und der zerebralen Oxygenierung werden zusammen dargestellt, um Korrelationen zwischen diesen Parametern zu identifizieren. Jede Abweichung des Index des Gehirnblutvolumens von der Grundlinie wird analysiert, um festzustellen, ob die oben genannten kritischen Momente während einer Herzoperation das Gehirnblutvolumen beeinflussen. Klinische Ergebnisdaten werden zu 30-Tage-Sterblichkeit und Schlaganfällen erhoben, um festzustellen, ob der Index des Gehirnblutvolumens die klinischen Ergebnisse direkt beeinflusst.

• Zu verwendende Programme für die Datenanalyse: Software R

  10. Forschungsmaterialien, Aufzeichnungen und Datenschutz: Identifizieren Sie die Quellen von Forschungsmaterial, das von individuell identifizierbaren lebenden menschlichen Probanden erhalten wurde: Prospektive nichtinvasive Daten zur zerebralen Sauerstoffversorgung und zum Gehirnblutvolumen während einer Herzoperation. Siehe Datenerfassungsformular.

Geben Sie an, welche Informationen (Aufzeichnungen, Daten usw.) aufgezeichnet werden und ob vorhandene Aufzeichnungen oder Daten verwendet werden: zerebrale Sauerstoffversorgung und Gehirnblutvolumen. Sie werden in die Krankenakte eingetragen.

Erklären Sie, warum diese Informationen für die Durchführung der Studie benötigt werden: Diese Daten sind notwendig, um Ergebnisse für diese Patienten zu identifizieren.

Geben Sie an, wie die Daten anonymisiert werden (falls zutreffend), wer Zugriff auf die Daten hat, wo die Daten gespeichert werden und wie der Forscher sowohl die Daten in Bezug auf den Datenschutz als auch die Vertraulichkeit schützt. Adressieren Sie physische Sicherheitsmaßnahmen (z. B. verschlossene Einrichtung, eingeschränkter Zugang); Datensicherheit (z. B. Passwortschutz, Datenverschlüsselung); Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz identifizierbarer Forschungsinformationen (z. B. Codierung oder Links): Sobald die erforderlichen Informationen gesammelt wurden, werden HIPPA-Informationen gelöscht. Alle HIPPA-bezogenen Informationen werden auf einem privaten Computer auf einem passwortgeschützten Computer gespeichert. Es werden keine Links für die Öffentlichkeit bereitgestellt.

11. Referenzen

1. Lewis C., Parulkar SD., Bebawy J., Sherwani S., Hogue CW. Zerebrales Neuromonitoring bei Herzoperationen: Eine kritische Würdigung mit Schwerpunkt Nahinfrarot-Spektroskopie. Zeitschrift für kardiothorakale und vaskuläre Anästhesie. 2018;32:2313-2322