Systemischer nitrosativer/oxidativer Stress bei Patienten mit akuter Hirnschädigung (NOX)

HINTERGRUND:

Akute Hirnverletzungen aufgrund von Schädel-Hirn-Trauma (TBI), intrazerebraler Blutung (ICH) und aneurysmatischer Subarachnoidalblutung (SAB) sind weltweit eine der Hauptursachen für Todesfälle und dauerhafte Behinderungen. Unabhängig von ihrer Ätiologie ist eine akute Hirnschädigung mit einer großflächigen Aktivierung zellulärer und biochemischer Prozesse verbunden, die den Schaden nach der primären Schädigung verschlimmern können – dies wird als sekundäre Hirnschädigung bezeichnet.

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein potenter endogener Vasodilatator, der aus Arginin durch das Enzym Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS) produziert wird, das in drei Isoformen existiert: endotheliale, neuronale und induzierbare NOS (eNOS, nNOS und iNOS). Bei Entzündungen und oxidativem Stress (z. B. bei akuten Hirnverletzungen) können freie Radikale mit NO reagieren und Peroxynitrit (ONOO-) bilden, das hochreaktiv ist und biologische Makromoleküle wie Lipide und Proteine ​​direkt schädigen kann. Dieses Phänomen, d. h. eine erhöhte Produktion reaktiver Stickstoffspezies, die möglicherweise zu Zellschäden führt, wird als nitrosativer Stress bezeichnet.

Es wird allgemein angenommen, dass oxidativer/nitrosativer Stress und damit verbundene Störungen des NO-Stoffwechsels an der Entwicklung einer sekundären Hirnschädigung beteiligt sind, aber die genaue Rolle dieser Mechanismen bleibt unvollständig verstanden. Während einige Autoren glauben, dass eine NOS-Dysfunktion und eine daraus resultierende niedrige NO-Bioverfügbarkeit eine wichtige Ursache für sekundäre Hirnverletzungen sind, argumentieren andere, dass eine durch iNOS vermittelte Überproduktion von NO eine maladaptive Reaktion ist, die zu einer verschlimmerten Gewebeverletzung aufgrund von nitrosativem Stress führt.

Die Forscher vermuten, dass eine akute Hirnschädigung mit einem sofortigen Anstieg zirkulierender Biomarker für oxidativen Stress und einer Verringerung der Bioverfügbarkeit von NO aufgrund der Bildung von Peroxynitrit (nitrosativer Stress) verbunden ist und dass dies einen wichtigen Mechanismus hinter der Entwicklung des sekundären Gehirns darstellt Verletzung. Diese Abnahme der NO-Verfügbarkeit könnte zu einem Teufelskreis beitragen, in dem ein daraus resultierender Anstieg des mikrovaskulären Widerstands, zerebrale Hypoperfusion und Hypoxie des Gehirngewebes die Produktion freier Radikale weiter erhöht. Es wird jedoch weiterhin die Hypothese aufgestellt, dass auf die anfängliche Abnahme der NO-Verfügbarkeit in den folgenden Tagen nach der Verletzung eine iNOS-vermittelte Zunahme der NO-Metaboliten folgt. Die vorliegende explorative Studie wird versuchen, diese Veränderungen und ihre Rolle bei Patienten mit akuter Hirnschädigung zu charakterisieren.

HYPOTHESEN:

1. Unmittelbar nach dem Iktus weisen die Patienten die höchsten Werte an oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und die niedrigsten Werte an NO-Metaboliten auf, mit einer fortschreitenden Verringerung der oxidativen/nitrosativen Stressmarker und einem Anstieg der NO-Metaboliten in den darauffolgenden Tagen.
2. Das Ausmaß des oxidativen/nitrosativen Stresses wird mit einem ungünstigen klinischen Verlauf (z. B. Episoden einer neurologischen Verschlechterung), einem schlechten neurologischen Ergebnis und dem Tod in Verbindung gebracht.
3. Patienten mit einem höheren Schweregrad der Erkrankung (z. B. ein höherer World Federation of Neurological Surgeons Score für Patienten mit SAH) haben einen höheren Grad an oxidativem/nitrosativem Stress als Patienten mit einem geringeren Schweregrad der Erkrankung.
4. Der Grad des oxidativen/nitrosativen Stresses wird mit dem Grad der durch Biomarker bestimmten Verletzung der neurovaskulären Einheit assoziiert.
5. Das Ausmaß des oxidativen/nitrosativen Stresses wird mit Hinweisen auf eine systemische Organdysfunktion in Verbindung gebracht.
6. Das Ausmaß des oxidativen/nitrosativen Stresses und des relativen NO-Mangels ist mit Hirngewebehypoxie, Hirnstoffwechselkrise und kortikaler Ausbreitungsdepolarisation (bei einer Untergruppe von Patienten, die sich einem multimodalen Neuromonitoring unterziehen) assoziiert.

METHODEN:

Die Studie ist eine monozentrische, prospektive, explorative Beobachtungsstudie, die 50 Patienten mit SAB, 50 Patienten mit ICH und 50 Patienten mit TBI umfasst, die auf der Neurointensivstation (NICU) des Rigshospitalet, Kopenhagen, aufgenommen wurden. Der Patienteneinschluss wird fortgesetzt, bis die geplante Anzahl von Patienten aufgenommen wurde, oder bis zum 1. Mai 2023, zu welchem ​​Zeitpunkt der Einschluss gestoppt und die Daten unabhängig von der Anzahl der eingeschlossenen Patienten analysiert werden.

Arterielle Blutproben werden zu 3 Zeitpunkten entnommen: Tag 0-2 (früh), Tag 3-5 (mittel) und Tag 6-8 (spät) nach der Aufnahme. Steht kein arterieller Katheter zur Verfügung, können alternativ zentralvenöse oder periphervenöse Proben entnommen werden. Blutproben werden nur während der Aufnahme auf der Neugeborenen-Intensivstation und/oder der Zwischenstation entnommen, und die Probenentnahme wird im Falle der Entlassung in eine andere Abteilung eingestellt.

Demografische, klinische und paraklinische Daten werden aus den elektronischen Krankenakten jedes Patienten gewonnen. Daten aus multimodalem Neuromonitoring (d. h. Hirndruck, Sauerstoffversorgung des Gehirngewebes, zerebrale Mikrodialyse und/oder Elektrokortikographie) werden zusammen mit physiologischen Parametern, sofern verfügbar, kontinuierlich gesammelt. Das neurologische Ergebnis (bestimmt durch die modifizierte Rankin-Skala) wird nach 6 Monaten in Verbindung mit einem ambulanten Nachsorgebesuch im Krankenhaus oder durch Telefoninterviews bestimmt.

BIOCHEMISCHE ANALYSEN:

Blutproben werden auf folgende Marker für oxidativen Stress analysiert: das Ascorbatradikal, Lipidhydroperoxide, Myeloperoxidase und die Antioxidantien Glutathion, α/γ-Tocopherol, α/β-Carotin, Retinol und Lycopin.

Die folgenden NO-Metaboliten werden bestimmt: Gesamt-Plasma-NO-Konzentration (Nitrat (NO3-) + Nitrit (NO2-) + S-Nitrosothiole (RSNO)) und Gesamt-NO in roten Blutkörperchen (Nitrit (NO2-) + Nitrosylhämoglobin (HbNO). ) + S-Nitrosohämoglobin (HbSNO)). Zusätzlich wird 3-Nitrotyrosin als Surrogatmarker für Peroxynitrit bestimmt.

Die folgenden Biomarker der Schädigung der neurovaskulären Einheit werden bestimmt: S100ß, gliales fibrilläres saures Protein, neuronenspezifische Enolase, carboxyterminale Ubiquitin-Hydrolase L1, Neurofilament-Leichtkette und Gesamt-Tau.