Neuroimaging-Risiko eines postoperativen Delirs

Delir ist eine schwankende Bewusstseinsstörung mit begleitenden Beeinträchtigungen der Aufmerksamkeit, der Kognition, der Wahrnehmung, der emotionalen Regulierung, der psychomotorischen Fähigkeiten sowie der Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus. Ein Delir tritt häufig nach einer Operation unter Vollnarkose auf und stellt eine häufige postoperative Komplikation bei älteren Patienten (>=65 Jahre) dar. „Postoperatives Delir“ (POD) bezieht sich auf das Auftreten eines Delirs bereits zum Zeitpunkt unmittelbar nach der Operation, d. h. beim Aufwachen aus der Vollnarkose, und bis zu 30 Tage nach der Operation. Das gemeldete Auftreten von POD ist sehr unterschiedlich und liegt je nach Alter der Patienten, diagnostischen Kriterien und Art der Operation zwischen 10 % und 70 %. Besonders gefährdet sind die ältesten Patienten mit den medizinisch komplexesten Fällen, die sich einer Herz-, Gefäß- oder Hüftfrakturoperation unterziehen. POD ist mit einem Funktionsverlust verbunden; Es wurde über einen linearen Zusammenhang zwischen Mortalität und der Anzahl der Delirtage berichtet. Es wurde auch gezeigt, dass POD das Demenzrisiko um das Zehnfache erhöht und gleichzeitig das Risiko einer Heimeinweisung und des Todes um das Zweifache erhöht. POD verlängert die Dauer des allgemeinen Krankenhausaufenthalts und ist mit einer mehr als Verdoppelung der einjährigen medizinischen Kosten verbunden. Daher besteht ein Bestreben, die Mechanismen von POD aufzuklären und Risikofaktoren zu identifizieren, die ein angemessenes Patientenversorgungsmanagement ermöglichen können, um das Auftreten von POD sowohl aus gesundheitlicher als auch aus Kostensicht zu reduzieren.

Es wurden mehrere Risikofaktoren für POD identifiziert, die je nach ihrem Auftreten im Verhältnis zur Operation in zwei Gruppen eingeteilt werden können. Zu den präoperativen „Grundrisikofaktoren“ für POD gehören höheres Alter, bereits bestehende kognitive Beeinträchtigungen, sensorische und funktionelle Beeinträchtigungen, die Einnahme von Psychopharmaka, eine schwere depressive Störung (MDD) in der Vorgeschichte, ein stationärer Aufenthalt und eine höhere Komorbidität, insbesondere im Hinblick auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Zu den peri-/intraoperativen „auslösenden“ Risikofaktoren gehören perioperative Schmerzen, unbekannte Umgebungsbedingungen, die Art der Operation, Schlafstörungen, die Dosierung des Anästhetikums, die Verwendung eines Blasenkatheters und die Art der verwendeten Medikamente. Das POD-Risiko eines Individuums wurde als Summe dieser Ausgangs- und auslösenden Risikofaktoren modelliert, wobei eine erhöhte Belastung durch präoperative Ausgangsfaktoren weniger peri-/intraoperative auslösende Faktoren zur Auslösung von POD erfordert. Diese Wechselwirkung zwischen Ausgangs- und auslösenden Faktoren folgt der Hypothese der neuronalen Funktionsreserve, die darauf hindeutet, dass die Fähigkeit einer Person, Situationen zu tolerieren, die Stress für das Gehirn oder eine „Gehirnverletzung“ mit sich bringen, von ihrer Ausgangs-Funktionsreserve abhängt – was die „Belastbarkeit“ eines Patienten darstellt. Präoperative Grundrisikofaktoren für POD können als Faktoren angesehen werden, die die Reserve oder Belastbarkeit eines Patienten verringern, und peri-/intraoperative „auslösende“ Risikofaktoren können als Paradebeispiele für Situationen angesehen werden, die eine Belastung des Gehirns mit sich bringen. Es hat sich gezeigt, dass eine geringe funktionelle Reserve ein unabhängiger Risikofaktor für POD ist. Daher sind Untersuchungen der zugrunde liegenden präoperativen neurologischen Beeinträchtigungen, die die Widerstandsfähigkeit eines Patienten gegenüber peri-/intraoperativen Stressoren verringern und das POD-Risiko erhöhen, äußerst gerechtfertigt. Die Forscher werden beurteilen, ob zwei potenzielle präoperative neurale Beeinträchtigungen zu Studienbeginn zum POD-Risiko eines Patienten beitragen.

Das glymphatische System ist ein kürzlich entdecktes Abfallbeseitigungssystem des Gehirns, das die perivaskulären Kanäle nutzt, um Liquor cerebrospinalis (CSF) durch das Parenchym des Gehirns und aus diesem weg zu spülen, wobei es Abfallprodukte und extrazelluläre Metaboliten mitnimmt und so im Wesentlichen das Gehirn reinigt. Aquaporin-4-Wasserkanäle, die sich am Ende der Astrozytenzuführung befinden, bilden einen wesentlichen Bestandteil dieses Systems und erleichtern die Liquorbewegung aus perivaskulären Räumen in den interstitiellen Raum. Es gibt eine kleine Anzahl nicht-invasiver Maßnahmen zur Beurteilung von Aspekten der Funktion des glymphatischen Systems beim Menschen. Die erste Maßnahme wurde vorgeschlagen, wobei eine schnelle fMRT-Erfassung (TR<400 ms) – wobei der Grenzrand des Volumens (d. h. Schicht 0) auf der Höhe des vierten Ventrikels platziert wird – die Erkennung des am Rand des Volumens ankommenden Flüssigkeitszuflusses ermöglicht das Abbildungsvolumen mit hoher Signalintensität. Es wurde festgestellt, dass das erfasste CSF-Signal mit langsamen Oszillationen bei etwa 0,05 Hz eine deutlich höhere Amplitude im Schlaf als im Wachzustand aufwies, angetrieben durch langsame neuronale Oszillationen im Delta-Bereich (~1–4 Hz), und antikorrelierte mit Schwankungen im globalen Grau Matter-Fett-Signal. Bei Patienten mit Parkinson-Krankheit wurde über einen Rückgang dieser Antikorrelation berichtet, der signifikant mit einer geringeren kognitiven Leistung beim Montreal Cognitive Assessment-Tool zusammenhängt. Es wurde über einen Zusammenhang zwischen einer verringerten globalen BOLD-CSF-Flusskopplung und der Schwere der Erkrankung kleiner Gefäße berichtet, die mit einer erhöhten Erweiterung des perivaskulären Raums zusammenhängt. Daher könnte die globale BOLD-CSF-Kopplung einen Hinweis auf einen gestörten glymphatischen Transport liefern.

Ein zweiter neuerer Ansatz wurde unter Verwendung der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) von diffusionsgewichteten Bildern entwickelt, um die Bewegung von Wassermolekülen entlang tiefer Markvenen und ihrer begleitenden perivaskulären Räume, die senkrecht zu den Ventrikelwänden verlaufen, auf einem Querschnitt auf Höhe der lateralen Venen zu bewerten Ventrikelkörper. An dieser Stelle ermöglicht die Verteilung verschiedener Fasertypen die Unterscheidung der Wasserdiffusionsfähigkeit entlang des perivaskulären Raums, unabhängig von der in den kortikofugalen Projektionsfasern der Corona radiata (die in kraniokaudaler Richtung, d. h. der Z-Achse verlaufen) und den oberen longitudinalen Faszikel-Assoziationsfasern ( verläuft in der anterior-posterioren Richtung, d. h. der y-Achse). Dieser als „DTI-ALPS“-Methode bezeichnete Ansatz, d. h. „Diffusionstensor-Bildgebung entlang des perivaskulären Raums“, kann den glymphatischen Transport (d. h. den Liquorfluss durch den perivaskulären Raum) an dieser spezifischen Stelle, dem perivaskulären Raum, nicht-invasiv messen verläuft senkrecht sowohl zur Projektions- als auch zur Assoziationsfaser. Die interessierenden Regionen werden zunächst anhand eines T1-gewichteten Scans manuell markiert, um die Diffusionsfähigkeiten innerhalb dieser Fasern entlang dreier Richtungen (x, y und z) zu messen. Die perivaskuläre Diffusion kann unabhängig von der Diffusion entlang der Projektions- und Assoziationsbereiche bewertet werden, indem das Verhältnis der mittleren x-Achsen-Diffusionsfähigkeit in beiden Bereichen zur mittleren Diffusionsfähigkeit dieser Bereiche an den Achsen senkrecht zur x-Achse und den Faserbahnen, d. h., ermittelt wird Y-Achse für Projektionsfasern und Z-Achse für Assoziationsfasern.

Perioperative Faktoren wie die Art der GA können in Kombination mit verschiedenen anderen perioperativen Faktoren die postoperative Gehirnfunktion verändern, indem sie das glymphatische System beeinflussen. Eine Funktionsstörung dieses Systems, das schädliche Metaboliten aus dem Gehirn entfernt, kann zu neurologischen Störungen und Neuroinflammationen führen. Ein verringerter Transport durch das glymphatische System führt zu einer erhöhten Anreicherung von Amyloid-Beta und Tau, wodurch eine Neuroinflammation induziert wird, die zu einer Reihe von Prozessen führt, die in einer neuronalen Schädigung enden. Es wurde über einen postoperativen Anstieg von Amyloid-Beta und Tau berichtet, der sich als Risikofaktor für POD erwiesen hat. Wie oben dargelegt, haben verschiedene Anästhetika unterschiedliche Auswirkungen auf das glymphatische System, und es hat sich gezeigt, dass die Art des Anästhetikums ein Risikofaktor für POD bei Patienten ist. Volatile Anästhetika wie Isofluran oder Sevofluran haben ein höheres Risiko, POD zu verursachen, wohingegen intravenöse Anästhetika wie Dexmedetomidin und Propofol offenbar eher eine schützende Wirkung gegen POD haben.

Ältere Patienten, aber nicht junge Menschen, sind sehr anfällig für POD, was die Frage aufwirft, warum diese Gruppe selektiv anfällig ist. Wie bereits erwähnt, gehören zu den präoperativen Risikofaktoren für POD die präklinische Alzheimer-Krankheit, zerebrale Mikroembolien, vaskuläre Demenz, Hyperglykämie und andere neurovaskuläre Erkrankungen oder Neurodegeneration, die alle eine Beeinträchtigung des glymphatischen Transports aufweisen. Alterung ist mit degenerativen Veränderungen wie depolarisiertem oder herunterreguliertem Aquaporin-4, Schlafentzug und verminderter zerebrovaskulärer Pulsatilität verbunden, die alle das Potenzial haben, den Transport des glymphatischen Systems zu beeinträchtigen. Im Einklang mit der Funktionsreserve-Hypothese wurde vermutet, dass anfällige Patienten mit POD-Risiko bereits an einer Beeinträchtigung des glymphatischen Systems leiden, die langsam fortschreitet, ohne dass es zu einer signifikanten kognitiven Beeinträchtigung kommt, und dass die perioperativen Risikofaktoren die bereits bestehende glymphatische Schädigung über das Kompensatorium hinaus verschlimmern Grenze, was zu erheblichen kognitiven Veränderungen führt. Diese Theorie legt nahe, dass präoperative Basismessungen des Transports des glymphatischen Systems Aufschluss über das POD-Risiko geben können. Unser Hauptziel besteht darin, zu untersuchen, ob präoperative Basismessungen des glymphatischen Systemtransports bei der Identifizierung von Patienten mit POD-Risiko hilfreich sein können, indem wir die beiden zuvor beschriebenen nicht-invasiven MR-basierten Messungen nutzen.

Das übergeordnete Ziel der aktuellen Studie besteht darin, mögliche zugrunde liegende pathobiologische Mechanismen zu untersuchen, die zu POD beitragen, um die Mechanismen dieser häufigen Erkrankung bei älteren Menschen besser zu verstehen und die perioperative Versorgung und das Patientenmanagement zu verbessern. Es wird geprüft, ob eine Beeinträchtigung des Transports des glymphatischen Systems zu Beginn der Operation Aufschluss über das POD-Risiko geben kann. Alle Zielwerte werden zu präoperativer Basislinie bewertet. Die Beurteilung, ob ein Patient als „POD-Patient“ oder „noPOD-Patient“ eingestuft wird, basiert auf der Diagnose eines Delirs an einem der fünf Tage nach der Operation (einschließlich dem Tag der Operation).