Zerebraler Schutz in der Aortenbogenchirurgie

Die Aortenbogenchirurgie wird zur Behandlung von lebensbedrohlichen Aortendissektionen, Aortenaneurysmen mit Beteiligung des Aortenbogens und anderen Aortenpathologien eingesetzt. Der Eingriff wird unter tiefem hypothermem Kreislaufstillstand durchgeführt. Neurologische Komplikationen sind schädlich und beeinträchtigen die Patienten, selbst wenn sie überleben. In den 1990er Jahren lag das Schlaganfallrisiko nach Aortenbogenoperationen bei 48 % mit tiefem unterkühltem Kreislaufstillstand. Das Schlaganfallrisiko ist in den letzten Jahren weitgehend auf etwa 3 % nach elektiven Operationen und 11 % nach notfallmäßiger Aortenbogenreparatur gesunken, was größtenteils auf die Entwicklung aktueller zerebraler Schutzstrategien zurückzuführen ist. Trotzdem ist das Schlaganfallrisiko beträchtlich hoch und geht mit verheerenden Behinderungen für die Patienten einher, was zu längeren Krankenhausaufenthalten und einer geringeren Lebensqualität für die überlebenden Patienten führt.

Neurologische Komplikationen sind nicht ohne wirtschaftliche Belastung für das NHS-Gesundheitssystem. Nach der Analyse von 84.184 Patienten, die mit einem Schlaganfall ins Krankenhaus eingeliefert wurden, wird berichtet, dass die durchschnittlichen Gesamtkosten für Gesundheitsversorgung und Sozialfürsorge eines Schlaganfallpatienten in Großbritannien 22.429 £ in einem Jahr betragen und dieser Betrag in 5 Jahren auf 46.039 £ ansteigt. Die Kosten steigen auch mit Alter und Schwere des Schlaganfalls (Abbildung 1).

Elektroenzephalogramm (EEG) und zerebrale Oximetrie sind derzeit verwendete Modalitäten für die Überwachung der zerebralen Ischämie, sie erkennen jedoch keine frühe zerebrale Ischämie. Das EEG verarbeitet nur Daten aus oberflächlichen Kortexbereichen. Es wird auch durch Anästhetika, neuromuskuläre Blocker und andere intraoperative Faktoren beeinflusst. Die zerebrale Oximetrie verwendet die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), um die zerebrale regionale Sauerstoffsättigung im frontalen Kortex zu überwachen. Es hat einen schwachen Vorhersagewert für neurologische Ereignisse, und es gibt keine Daten, die den optimalen Schwellenwert der Oximetrie unterstützen. Darüber hinaus besteht kein Zusammenhang zwischen spektroskopischen Messungen und Schlaganfällen. Die neueste aufkommende Bildgebungsmodalität zur Überwachung ist der transkranielle Doppler-Ultraschall. Es ist bedienerabhängig und Bilder werden normalerweise durch ein kleines transtemporales Fenster erfasst. Es misst die Geschwindigkeit in Hirnarterien wie mittleren Hirnarterien und muss noch durch größere Studien validiert werden. Einschränkungen bei diesen Überwachungsmodalitäten könnten oft die Angemessenheit des zerebralen Schutzes in Frage stellen.

Das Gehirn ist ein sehr empfindliches Organ für Hypoxämie, und die gemischte venöse Sauerstoffsättigung kann verwendet werden, um die Sauerstoffzufuhr und den Sauerstoffverbrauch im Körper abzuschätzen, indem das Blut gemessen wird, das zur rechten Seite des Herzens zurückfließt. Die gemischtvenöse Sättigung wird von vielen Faktoren wie Herzzeitvolumen, Atmung und Oxygenierung sowie Gewebestoffwechsel in der perioperativen Phase beeinflusst. Intraoperativ könnte es als spezifischerer Marker für die globale Sauerstoffzufuhr während des kardiopulmonalen Bypass dienen, da der Pumpenfluss und die Stoffwechselraten ziemlich konstant sind.

Alternativ könnten bestimmte Proteine ​​wie das S100B-Protein, die neuronenspezifische Enolase und das Gliafibrillenprotein (GFAP) überwacht werden. Sie werden nach zerebraler Schädigung in die Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) und das Blut freigesetzt. Ihre Konzentrationen korrelieren mit dem Ausmaß der Hirnschädigung und sagen die negativen klinischen Ergebnisse voraus. Allerdings können S100B und neuronenspezifische Enolase einen Schlaganfall selbst nach 6 Stunden nach Beginn der klinischen Symptome nicht genau diagnostizieren. Darüber hinaus können ihre Messergebnisse mindestens 2 Stunden dauern, und auch die Zuverlässigkeit der Messungen nimmt mit der Verwendung eines kardiopulmonalen Bypasses ab. Daher ist ihre Anwendbarkeit in der hyperakuten Umgebung der Aortenchirurgie sehr begrenzt.

Andererseits wurden GFAP und die carboxyterminale Hydrolase L1 (UCH-L1) von Ubiquitin als neue Biomarker für zerebrale Verletzungen in einem akuten Umfeld beschrieben. Die herkömmliche Messung von GFAP mit ELISA-Assays kann niedrige GFAP-Spiegel, insbesondere im Blut, nicht zuverlässig nachweisen. Seit der Einführung des tragbaren Point-of-Care-Geräts zur Messung der GFAP- und UCH-L1-Spiegel im Blut konnten diese jedoch in nur 10-15 Minuten gemessen werden. Dies hat den Weg für die weitere Erforschung der Rolle von GFAP als Biomarker für die Früherkennung von zerebraler Ischämie in der Aortenbogenchirurgie geebnet.

Neuere Studien haben die Rolle von metabolischen Biomarkern bewertet; Glukose, Pyruvat, Laktat, Glutamat und Glycerin, in der Herzchirurgie unter Verwendung der Mikrodialysemethode. Obwohl die herkömmliche Analyse von Biomarkern nahezu in Echtzeit schwierig ist, ist sie mit der Mikrodialysemethode machbar. Es ist seit mehr als 30 Jahren validiert und im klinischen Einsatz. Das Mikrodialysesystem besteht aus einem kleinen Katheter mit einer semipermeablen Membran, die im Interstitialraum platziert wird, und physiologische Salzlösung wird ständig in den Katheter perfundiert, wodurch ein Teil der gelösten Stoffe entlang eines Konzentrationsgradienten aus dem Interstitialraum in den Mikrodialysekatheter diffundieren kann. Das Dialysat kann dann auf Konzentrationen von Biomarkern analysiert werden.

Die Wahl der Biomarker (Glukose, Pyruvat, Laktat, Glutamat und Glycerol) hängt weitgehend von der kommerziell verfügbaren Analysekapazität der Mikrodialysemethode und früheren Studien zu Biomarkern in der Herzchirurgie ab. Glukose ist der einzige Treibstoff des Gehirns. Es wird im glykolytischen Weg abgebaut, um Pyruvat zu erzeugen, das dann in den Mitochondrien durch oxidativen Stoffwechsel über den Tricarbonsäurezyklus verwendet wird. In Abwesenheit von Sauerstoff wird Pyruvat durch die Laktatdehydrogenase-Reaktion für die anaerobe Glykolyse in Laktat umgewandelt. Ein Anstieg des Laktat-zu-Pyruvat-Verhältnisses erweist sich als sehr sensitiver Biomarker für eine drohende Hirnschädigung. Glutamat, das als primärer exzitatorischer Neurotransmitter im Gehirn fungiert, wird nach einem Trauma, verschiedenen Hirnpathologien und ischämischen Ereignissen wie Schlaganfall in übermäßigen Mengen freigesetzt, was zu exzitotoxischen Verletzungen und dem Tod von Nervenzellen führt. Es ist bekannt, dass Glycerol ein empfindlicher Marker für den Abbau von Phospholipid-Zellmembranen auch nach einer ischämischen Zellverletzung ist. Der Nachweis von Biomarkern mit der nahezu echtzeitfähigen Mikrodialysemethode ist ein vielversprechender Weg, um ein besseres zerebrales Überwachungssystem während Aortenoperationen zu entwickeln, um neurologischen Komplikationen vorzubeugen.