Hemodinámica y rendimiento autonómico y cognitivo después de procedimientos de revascularización carotídea (BAROX)

Hipótesis y significado: el resultado clínico tardío y el pronóstico después de CAS pueden ser inferiores a los de CEA en términos de modulación autonómica, remodelación hemodinámica y función cognitiva.

Objetivo específico: 1) Comparar el impacto de CEA y CAS en la función barorreceptora postoperatoria a largo plazo y en la función cerebral cognitiva, y analizar su influencia en el resultado clínico. El objetivo específico es evaluar la posible correlación entre la función autonómica y cognitiva postoperatoria. 2) Evaluar la solicitación en la pared carotídea debido a CAS en comparación con CEA mediante análisis estructural y modelado mecánico. El objetivo específico es evaluar la posible correlación entre la colocación de stents, el daño de la pared, el deterioro de los baroceptores y las secuelas neurológicas tardías. 3) Evaluar la hemodinámica carotídea posoperatoria combinando análisis de imágenes médicas, datos clínicos y simulaciones por computadora. El objetivo específico apunta a correlacionar los fenómenos locales (p. ej., tensión de la pared) y globales (flujo contralateral, rigidez arterial) con la función barorrefleja y los resultados neurológicos postoperatorios.

Objetivo de diseño experimental 1: se utilizará un método computarizado que requiere una pequeña interacción del operador para evaluar los índices del equilibrio simpatovagal autonómico dirigido al nódulo sinoauricular, la modulación vasomotora simpática y la ganancia barorrefleja, todo a partir de variaciones espontáneas latido a latido del intervalo R-R y Variabilidad de la presión arterial sistólica (PAS), considerando únicamente condiciones de ritmo sinusal. Después de colocar los electrodos y el sensor, los pacientes se mantendrán durante 10 minutos en posición supina de reposo, necesaria para la estabilización. Posteriormente, las formas de onda de la presión arterial, el electrocardiograma y la actividad respiratoria se registrarán de forma continua durante una línea de base nominal de 5 minutos y luego durante un período de 5 minutos posterior. de pie activo.

Las señales cardiovasculares serán adquiridas por un polígrafo digital de 4 canales. El electrocardiograma se registrará con dos electrodos colocados en el tórax del paciente, el patrón de respiración se registrará mediante un cinturón piezoeléctrico y la presión arterial de los dedos se controlará continuamente mediante un monitor hemodinámico no invasivo continuo CNAP 500 HD (CNSystems Medizintechnik AG, Austria). Como se describió anteriormente, (8) una serie de índices que reflejan indirectamente la modulación cardiovascular autonómica se derivarán del análisis espectral del intervalo R-R y la variabilidad de SAP. El control autonómico cardiovascular posoperatorio se correlacionará con el resultado clínico y las medidas de rendimiento cognitivo. Los pacientes inscritos se someterán a un miniexamen del estado mental para una evaluación general del deterioro cognitivo. A continuación, se registrarán los potenciales evocados cognitivos P300, antes y después del tratamiento, con electrodos Ag/AgCl con un Brain Vision Recorder (Brain Products GmbH, Gilching, Alemania). Los potenciales evocados P300 se generarán después de un paradigma de discriminación de tonos presentado binauralmente (paradigma impar) con tonos frecuentes (80 %) de 1000 Hz y tonos raros (20 %) de 2000 Hz a 75 dB HL. El paso de banda del filtro será de 0,01 a 30 Hz. Los electrodos activos se colocarán en Cz (vértice) y Fz (frontal), respectivamente, y se referenciarán a los electrodos A1/2 del lóbulo de la oreja vinculados (sistema internacional 10/20). Durante el paradigma, se indicará a los pacientes que lleven un conteo mental continuo de los raros tonos objetivo de 2000 Hz. Para verificar la atención, los registros de P300 con una discrepancia de> 10% entre el número real de estímulos y el número contado por los pacientes serán rechazados y repetidos. El registro de potenciales evocados de P300 dará como resultado una secuencia estable de picos positivos y negativos. Se evaluarán las latencias en milisegundos (ms) del pico cognitivo P300. Para confirmar la reproducibilidad, se registrarán dos conjuntos de mediciones de P300 para todos los pacientes.

Objetivo de diseño experimental 2: la simulación computarizada de CAS se realiza utilizando un marco computacional, que se puede usar para analizar tanto la aposición del stent como la tensión de la pared del vaso de manera virtual. El marco representa dos partes principales: el modelo de vaso y el modelo de stent. Las imágenes médicas preoperatorias y posoperatorias (incluidas la IRM con contraste mejorado (CE) de alta resolución y la angiografía por tomografía computarizada (CTA)) representarán la entrada para construir un modelo de carótida específico para el paciente. El perfil del lumen 3D del vaso se reconstruye a través de la segmentación de la pila de imágenes DICOM usando herramientas como ITK-SNAP (www.itksnap.org) o VMTK (www.vmtk.org). El dominio computacional (la llamada malla), que se utiliza para resolver las ecuaciones de equilibrio que rigen la interacción estructural entre el stent y el vaso, se crea mediante un procedimiento desarrollado internamente, codificado en Matlab (The Mathworks Inc., Natick, MA, EE. UU.) . La respuesta mecánica no lineal del tejido arterial se reproduce adoptando una función tensión-energía hiperelástica anisotrópica, que da cuenta de dos familias de fibras, orientadas en una dirección preferente con cierto grado de dispersión. Los parámetros del modelo se calibrarán con respecto a las pruebas experimentales de tracción del tejido carotídeo. Luego, el modelo arterial se ensambla en el entorno de simulación con un modelo de stent dado, seleccionado de una biblioteca predefinida de diseños de stent (la generación de la malla del stent se basa en mediciones geométricas realizadas en micro-CT de alta resolución de muestras de stent). La simulación CAS se realiza a través del análisis de elementos finitos estructurales (FEA); se adopta el solucionador comercial FEA Abaqus (Simulia, Dassault Systemes, FR) para ejecutar las simulaciones. Los resultados de ingeniería de las simulaciones (es decir, el campo de desplazamiento nodal, el tensor de tensión y la deformación en cada punto de integración de la malla) se elaboran para evaluar parámetros clínicamente relevantes del rendimiento de la colocación de stents (p. ganancia de luz, enderezamiento del vaso, tamaño de la celda del stent). El resultado se utilizará como entrada del análisis de dinámica de fluidos computacional para evaluar el impacto del diseño implantado en la hemodinámica local (p. ej., tensión de corte de la pared, índice de corte oscilatorio, etc.). De igual forma, el análisis estructural del CEA se realizará a través de la presurización virtual de la geometría arterial postoperatoria.

Diseño experimental 3: Pasando del análisis de dinámica de fluidos computacional y de interacción fluido-estructura, los investigadores planean introducir un modelo específico para describir la función barorrefleja y esto puede verse afectado por los dos tipos diferentes de tratamiento (CEA y CAS). Esto requiere la creación de un modelo denominado "multiescala geométrica". Con esto, los investigadores se refieren a un modelo numérico que acopla una descripción local de la hemodinámica (la desarrollada en el Objetivo 2) con una representación más sistémica. Este último consta de dos componentes:

a) una red 1D matemáticamente descrita por un sistema de ecuaciones diferenciales parciales que representan la propagación de la onda de presión a lo largo del árbol arterial; cada segmento de la red está dado por un sistema hiperbólico llamado "ecuaciones de Euler" b) un modelo compartimental para representar la microcirculación periférica y para incluir los mecanismos de retroalimentación inducidos por la función barorrefleja. A continuación, esto se representará mediante un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias donde las resistencias dependen propiamente de la función barorrefleja.

En este objetivo los investigadores se plantean dos subobjetivos:

1. Configuración de un modelo multiescala computacional en el marco del solucionador LifeV, una biblioteca orientada a objetos C++ de propósito general de elementos finitos, desarrollada por A. Veneziani y sus colaboradores (en el Politécnico de Milán y la EPFL de Lausana) www.lifev.org y abiertamente descargable. En esta etapa, los investigadores reproducirán el modelo general de Blanco et al. En particular, la identificación de los parámetros para los dos diferentes niveles de modelos (1D y Lumped Parameters) se realizará siguiendo el procedimiento sugerido. La validación del solucionador también aprovechará los puntos de referencia presentados en este documento.
2. Adopción del solver previamente desarrollado para los casos de prueba considerados en el Objetivo 2. Esto significa que el modelo 3D desarrollado en el Objetivo 2 será adoptado para la parte 3D del modelo geométrico multiescala. Esto permitirá proporcionar un análisis cuantitativo del impacto diferente de los dos tratamientos y, en última instancia, evaluar en un escenario virtual cómo los cambios en la distensibilidad carotídea pueden afectar la función barorrefleja. Todos los casos CAS y CEA considerados en el Objetivo 2 estarán dotados de este marco multiescala. Por lo tanto, los resultados esperados de este objetivo son: a) un solucionador multiescala geométrico de código abierto validado que incluye la función barorrefleja para ser utilizado sistemáticamente en entornos específicos de pacientes. b) amplia comparación de los rendimientos de las diferentes opciones.