Zerebraler nitrosativer/oxidativer Stress bei aneurysmaler Subarachnoidalblutung (NOX2)

HINTERGRUND:

Aneurysmatische Subarachnoidalblutung (SAB) ist mit einer hohen Morbidität und Mortalität verbunden. Dies ist zum großen Teil auf die Entwicklung einer sekundären Hirnverletzung zurückzuführen, einschließlich der komplikationsverzögerten zerebralen Ischämie (DCI), die 30 % der ersten Überlebenden betrifft. Die Mechanismen hinter sekundären Hirnverletzungen nach SAB sind unvollständig verstanden.

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 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 nach SAB 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 (und einen Schlüsselmechanismus hinter DCI) sind, argumentieren andere, dass eine durch iNOS vermittelte Überproduktion von NO eine maladaptive Reaktion ist, die zu einer verschlimmerten Gewebeverletzung aufgrund von führt Nitrosativer Stress.

Der transzerebrale (d. h. arteriell zu jugularvenös) Austausch von NO-Metaboliten und seine Wechselbeziehung mit oxidativem Stress wurde bei Patienten mit SAH nie untersucht. Die Forscher vermuten, dass SAH mit einer anfänglichen Verringerung der zerebrovaskulären Bioverfügbarkeit von NO aufgrund des Abfangens durch freie Radikale verbunden ist. Dies könnte zu einem Teufelskreis beitragen, in dem ein daraus resultierender Anstieg des mikrovaskulären Widerstands, zerebrale Hypoperfusion und Hypoxie des Gehirngewebes die Produktion freier Radikale und die NO-Verarmung weiter erhöht, was letztendlich zu einer ischämischen Hirnverletzung und einem schlechten Ergebnis führt.

HYPOTHESEN:

Die vorliegende explorative Studie wird den transzerebralen Austausch von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und NO-Metaboliten während der frühen Phase nach SAB im Vergleich zu gesunden Probanden charakterisieren. Darüber hinaus wird der Einfluss dieser Störungen auf Indizes von Hirnischämie und metabolischer Dysfunktion untersucht, wie sie durch multimodales Neuromonitoring bewertet werden, sowie der Einfluss von induzierten Änderungen der arteriellen Sauerstoffspannung (PaO2). Die Ermittler gehen davon aus, dass:

1. Die Patienten haben einen größeren zerebralen Ausfluss von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und eine geringere zerebrovaskuläre Bioverfügbarkeit von NO im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen.
2. SAH-Patienten zeigen eine fortschreitende Abnahme der transzerebralen Freisetzung von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und eine entsprechende Zunahme der zerebrovaskulären Bioverfügbarkeit von NO in den Tagen nach dem Iktus.
3. Ein größerer klinischer Schweregrad von SAH wird mit einer größeren transzerebralen Freisetzung von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und einer geringeren zerebrovaskulären Bioverfügbarkeit von NO assoziiert sein.
4. Eine niedrigere Sauerstoffspannung im Gehirngewebe (PbtO2) und eine größere Belastung durch Hypoxie im Gehirngewebe (definiert als Prozentsatz der Überwachungszeit mit einem PbtO2 < 20 mmHg) werden mit einem größeren zerebralen Ausfluss von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und einer geringeren zerebralen Bioverfügbarkeit in Verbindung gebracht von Nein.
5. Ein größeres Mikrodialysat-Laktat/Pyruvat-Verhältnis und eine größere Belastung durch Hirnstoffwechselkrisen (definiert als Prozentsatz der Überwachungszeit mit einem Laktat/Pyruvat-Verhältnis > 40 und einer Glukosekonzentration < 0,7 mmol/l) werden mit einem größeren zerebralen Efflux in Verbindung gebracht von oxidativen/nitrosativen Stressmarkern und eine geringere zerebrale Bioverfügbarkeit von NO.
6. Eine induzierte leichte Hypoxie ist mit einer erhöhten transzerebralen Freisetzung von Markern für oxidativen/nitrosativen Stress und einer Verringerung der zerebrovaskulären Bioverfügbarkeit von NO im Vergleich zum Ausgangswert verbunden, während eine induzierte leichte Hyperoxie den gegenteiligen Effekt hat.

Zu explorativen Zwecken werden wir auch bei Patienten mit externer Ventrikeldrainage und überschüssiger zerebraler Mikrodialysatprobe Cerebrospinalflüssigkeit (CSF) entnehmen, wenn diese verfügbar ist.

METHODEN:

Die Studie ist eine prospektive physiologische Studie, an der Patienten mit SAH teilnehmen werden, die auf der Neurointensivstation (NICU) des Rigshospitalet aufgenommen wurden. Der Patienteneinschluss wird fortgesetzt, bis wir vollständige Daten von 20 Patienten in der interventionellen Teilstudie erhalten haben (siehe unten) oder bis zum 1. April 2024, an welchem ​​​​Zeitpunkt der Einschluss gestoppt und die Daten unabhängig von der Anzahl der eingeschlossenen Patienten analysiert werden . Zusätzlich werden 12 gesunde Probanden eingeschlossen, die als Kontrollgruppe dienen.

Praktische Durchführung der Studie, Patienten:

Im Rahmen der Routineversorgung wird den Patienten kurz nach der Aufnahme ein Arterienkatheter gelegt. Zusätzlich wird möglichst früh nach Fixierung des Aneurysmas ein retrograder innerer Jugularvenenkatheter (RJV-Katheter) zur Entnahme von zerebralem Venenblut eingelegt. Die Vitalparameter werden gemäß der Standardpraxis auf der neonatologischen Intensivstation überwacht, und die Patienten werden einem kontinuierlichen multimodalen Neuromonitoring des intrakraniellen Drucks (ICP), PbtO2 und des Gehirnstoffwechsels (zerebrale Mikrodialyse) unterzogen. Während der Eingriffe wird transkranieller Doppler-Ultraschall (TCD) verwendet, um die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der A. cerebri media als Ersatzmaß für den zerebralen Blutfluss zu bestimmen. Die Studie besteht aus einer beobachtenden und einer interventionellen Teilstudie, die im Folgenden einzeln beschrieben werden.

Beobachtende Teilstudie: Gepaarte Blutproben (d. h. gleichzeitige Blutproben aus dem RJV- und arteriellen Katheter) werden entnommen 1) unmittelbar nach Platzierung des RJV-Katheters (erwartet: Tag 0-2 nach Aufnahme), 2) während Interventionen (siehe unten) , und 3) kurz vor Entfernung des RJV-Katheters (erwartet: Tag 3-6 nach Aufnahme). Zusätzlich zur Blutentnahme wird bei Patienten mit einer bestehenden externen ventrikulären Drainage eine Liquorentnahme durchgeführt, und bei Patienten mit einem zerebralen Mikrodialysekatheter wird zu explorativen Zwecken eine Entnahme von überschüssigem Mikrodialysat durchgeführt.

Interventionelle Teilstudie: Leichte Hypo- und Hyperoxie werden in randomisierter Reihenfolge durch Ändern der Beatmungseinstellungen (der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs) induziert, wobei ein PaO2 von 9–10 kPa für leichte Hypoxie und 13–14 kPa für leichte Hyperoxie angestrebt wird (Standard Behandlungsziel: 10-12 kPa). Blutproben werden zu Studienbeginn (Normoxie) und nach 60 Minuten nach jedem Eingriff entnommen (insgesamt 3 gepaarte Blutproben).

Praktische Studiendurchführung, gesunde Kontrollen:

Auf der neonatologischen Intensivstation werden Experimente an gesunden Probanden durchgeführt. Instrumentierung und Überwachung ähneln den oben beschriebenen: Ein Arterien- und RJV-Katheter wird eingeführt, und die Probanden werden zusätzlich zur standardmäßigen kardiorespiratorischen Überwachung einer TCD-Überwachung als Index des zerebralen Blutflusses unterzogen.

Nach der Instrumentierung und einer kurzen Ruhephase wird eine Baseline-Evaluierung durchgeführt, nach der die Probanden in randomisierter Reihenfolge Eingriffen unterzogen werden: Hypo- und Hyperoxie werden unter Verwendung einer eng anliegenden Maske, die mit einem Nicht-Rückatemventil verbunden ist, induziert. Gezeiten-CO2-Monitor und ein Reservoir, das durch Druckgasflaschen versorgt wird. Der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs wird titriert, wobei ein PaO2 von 9-10 kPa für leichte Hypoxie und 13-14 kPa für leichte Hyperoxie angestrebt wird. Zusätzlich werden gesunde Probanden einem dritten Eingriff unterzogen, bei dem der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs erhöht wird 100%. Die Isokapnie wird durch die ad hoc Zugabe von CO2 zur Inspirationsluft sichergestellt. Blutproben werden zu Studienbeginn (Normoxie) und nach 60 Minuten leichter Hypoxie, 60 Minuten leichter Hyperoxie und 60 Minuten „schwerer Hyperoxie“ entnommen.

BIOCHEMISCHE ANALYSEN:

Zu jedem Probenahmezeitpunkt wird eine kleine Menge Blut sofort auf Blutgaswerte und Säure-Basen-Status analysiert. Die verbleibenden biologischen Proben werden zentrifugiert, aliquotiert und bis zur Analyse bei -80 °C gelagert.

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.