Delimitación entre los fenotipos fisiopatológicos de la lesión cerebral isquémica hipóxica después de un paro cardíaco (DIFFUSION)

Propósito: Desarrollar métodos para diferenciar entre pacientes con lesión cerebral isquémica hipóxica que exhiben dependencia de la difusión versus la dependencia de la perfusión. En segundo lugar, investigar los mecanismos subyacentes responsables de la limitación de la difusión del suministro de oxígeno.

Hipótesis:

1. Los pacientes con PD exhibirán aumentos en O2EF cuando el CBF se reduce durante la ventilación hipocápnica, mientras que los pacientes con DL exhibirán un cambio mínimo en O2EF, lo que indica la presencia de transporte difusivo de O2 alterado.
2. Los biomarcadores cerebrales séricos serán mayores con DL que con PD, lo que indica permeabilidad de BHE, lesión glial y axonal.
3. La relación lactato/piruvato estará aumentada en pacientes con DL vs. EP, indicando disfunción mitocondrial.
4. El resultado neurológico clínico será peor en pacientes con DL en comparación con PD.
5. Habrá una proporción reducida de macrófagos y células inmunitarias circulantes asociadas en el bulbo venoso yugular frente a la circulación arterial en pacientes con DL.

Justificación:

Este proyecto de investigación tiene como objetivo diferenciar prospectivamente entre los fenotipos fisiopatológicos de la lesión cerebral hipóxica isquémica (HIBI), delinear los mecanismos subyacentes y determinar los resultados clínicos asociados. En Canadá, aproximadamente 40.000 personas al año sufren un paro cardíaco. HIBI, el daño cerebral resultante después de un paro cardíaco, es el determinante predominante del resultado adverso posterior al paro cardíaco con solo el 5-15% de los pacientes que experimentan resultados neurológicos favorables. El resto de los sobrevivientes de HIBI pueden experimentar secuelas neuropsiquiátricas significativas y costos de atención médica significativos (~ $ 160,000 por paciente al año). Dados estos pésimos resultados, existen importantes oportunidades para mejorar los resultados.

La fisiopatología de HIBI se caracteriza por una lesión isquémica primaria durante el paro circulatorio y una lesión secundaria después del retorno de la circulación espontánea (ROSC). Esta lesión secundaria se debe en gran parte a un aporte cerebral de oxígeno (CDO2) inadecuado después de la reanimación. CDO2 depende del flujo sanguíneo cerebral (CBF), que es proporcional a la presión de perfusión cerebral (CPP) [presión arterial media (MAP) - presión intracraneal (ICP)]. Dado que la gran mayoría de la fisiopatología de la HIBI se caracteriza por una PIC normal-baja, el principal determinante fisiológico de la CDO2 general en el entorno de cuidados intensivos es la PAM.

Los estudios observacionales han relacionado la hipotensión (disminución de MAP y CBF) con resultados neurológicos adversos. Sin embargo, los ensayos controlados aleatorios de aumento de MAP uniforme no han podido demostrar eficacia clínica o biológica. Esta discrepancia entre la importancia percibida de optimizar MAP en el período posterior a la reanimación y la falta de eficacia clínica sugiere que pueden existir lagunas en la comprensión de la fisiopatología de HIBI. El enfoque simplista del aumento uniforme de MAP asume que una vez que se entrega oxígeno al lecho capilar cerebral, se produce una difusión normal de oxígeno a través de la barrera hematoencefálica (BBB) ​​y la utilización normal de oxígeno celular culmina en el metabolismo aeróbico neuronal. La homeostasis metabólica cerebral se basa en la integración del suministro de oxígeno por convección, la difusión a través de la BBB y la utilización celular normal por parte de las mitocondrias. En otras palabras, mientras que aumentar CBF y CDO2 suministra más oxígeno al cerebro, esta estrategia solo aborda un componente de la cascada de oxígeno e ignora los roles vitales de la difusión y utilización de oxígeno. Recientemente, nuestro grupo de investigación ha demostrado que a pesar de la gestión orientada a objetivos guiada por neuromonitorización invasiva, los pacientes con HIBI continúan experimentando una carga significativa de hipoxia cerebral. En un análisis post-hoc, demostramos un fenotipo fisiopatológico único en un subconjunto de pacientes con HIBI que presentaban limitación de difusión (DL) del suministro de oxígeno. En este caso, a pesar de optimizar la CDO2 convectiva al lecho capilar cerebral, se inhibió la difusión de oxígeno al tejido parenquimatoso en los pacientes. Se desconocen los mecanismos fisiopatológicos precisos que sustentan este hallazgo en HIBI. Por el contrario, este trabajo centinela también demostró que el otro subgrupo de pacientes con HIBI exhibía una difusión de oxígeno intacta en el parénquima que dependía de la perfusión sistémica. Estos dos fenotipos fisiopatológicos distintos de HIBI (limitación de la difusión [DL] y dependencia de la perfusión [PD]) tienen implicaciones significativas para la atención posterior a la reanimación, pero quedan preguntas clave de investigación. Específicamente, la confirmación prospectiva de estos fenotipos, delinear los mecanismos que sustentan la DL e investigar los resultados clínicos entre la DL y la EP son de gran importancia.

Inflamación y lesión secundaria en la LD: los mecanismos precisos de la lesión secundaria subyacente y sus contribuciones a la limitación de la difusión no están claros. Recientemente, nuestro grupo de investigación ha demostrado una liberación neta de interleucina-6 desde el parénquima cerebral/unidad neurovascular en pacientes con HIBI que presentan hipoxia cerebral y limitación de la difusión. La interleucina-6, una citocina proinflamatoria clave, es responsable del inicio de la cascada inflamatoria, la diapédesis de los leucocitos, la activación de los macrófagos y la liberación de mediadores inflamatorios posteriores adicionales. La culminación de esta respuesta inmunitaria desregulada se asocia con disfunción neuronal, apoptosis y muerte celular. Por lo tanto, comprender la proporción de subtipos de células inmunitarias que participan en esta cascada inflamatoria desregulada en HIBI es esencial para desarrollar terapias dirigidas a modular la cascada inflamatoria para la preservación del tejido neuronal vulnerable.

Objetivos:

Objetivo 1 (resultado principal): confirmar la presencia de DL frente a PD en pacientes con HIBI mediante la cuantificación de los cambios en la fracción de extracción de oxígeno (O2EF) que se producen como consecuencia de una reducción del CBF con ventilación hipocápnica.

Objetivo 2 (resultado secundario): Comparar las diferencias en los biomarcadores cerebrales séricos en pacientes HIBI con DL frente a EP.

Objetivo 3 (resultado secundario): Comparar la diferencia en la relación lactato/piruvato en pacientes HIBI con DL vs. EP.

Objetivo 4 (resultado terciario): comparar la diferencia en el resultado clínico neurológico en pacientes HIBI con DL frente a EP.

Objetivo 5 (resultado terciario): Comparar las diferencias en la proporción de células inmunitarias circulantes (macrófagos) y subtipos raros entre las ubicaciones del bulbo venoso arterial y yugular en pacientes con DL.

Diseño de la investigación: Este será un estudio observacional prospectivo. Descripción general del estudio: este estudio se llevará a cabo en el Hospital General de Vancouver. Se obtendrá el consentimiento informado del tomador de decisiones sustituto. El día 1 se iniciará la neuromonitorización, se recogerá sangre arterial y del bulbo yugular para gasometría y cuantificación de biomarcadores séricos cerebrales, y se realizarán medidas de microdiálisis cada hora. El muestreo arterial se realiza desde la línea arterial que se coloca como parte de la atención habitual. El muestreo del bulbo yugular se realiza a partir de un catéter yugular que se coloca específicamente para este estudio. Además, cuantificaremos los gradientes de PvO2-PbtO2 y realizaremos una prueba de ventilación hipocápnica para determinar la relación entre la perfusión y el O2EF. En los días 2 y 3, continuará el monitoreo neurológico y se recolectará nuevamente sangre para análisis de biomarcadores séricos y gases en sangre junto con microdiálisis por hora. Después del día 3, se retirará la neuromonitorización a petición del médico tratante. La tomografía computarizada y la resonancia magnética realizadas como parte de la atención habitual se analizarán para determinar la carga isquémica. Los resultados clínicos se recogerán a los 6 meses en los supervivientes.

Consideraciones estadísticas. Tamaño de la muestra. Se usó una prueba t pareada para aproximar el cálculo del tamaño de la muestra para un modelo mixto lineal. Para diferenciar la DL frente a la EP, Menon et al. encontraron una diferencia en el cambio de O2EF de aproximadamente 10% entre pacientes con EP y DL (15% [DE 7] vs. 5% [DE 4], p = 0,03) con exposición a hipocapnia. Suponiendo una diferencia en el O2EF del 10 % con una desviación estándar de la diferencia de 9, suponiendo un alfa de 0,05 y una potencia deseada de 0,80, el tamaño de la muestra es de 28 pacientes (G*Potencia). Reclutaremos 40 pacientes para permitir una mortalidad temprana antes de completar los tres días de seguimiento. Dadas nuestras distribuciones anteriores de aproximadamente el 50 % de toda la cohorte definida como DL y el 50 % como PD, predecimos que tendremos al menos 14 pacientes en cada grupo. Dada nuestra tasa de reclutamiento anterior de 12 pacientes en 12 meses para neuromonitorización invasiva en HIBI después de un paro cardíaco en nuestra institución, este tamaño de muestra será fácilmente alcanzable dentro de tres años. Plan de Análisis: Las variables discretas se resumirán por frecuencias y porcentajes. Las variables continuas se resumirán por media (DE) o media (P10,P90) si los datos están sesgados. Consideraremos un valor P <0,05 como estadísticamente significativo.

1. Objetivo 1: Se examinarán las diferencias en el cambio del O2EF en ambos grupos de estudio durante la ventilación con hipocapnia para confirmar la presencia de DL frente a PD. Este análisis se realizará con una prueba t de dos colas para muestras independientes sobre el cambio en O2EF secundario a hipocapnia entre pacientes con DL y PD. Se comparará la capacidad de determinar de forma no invasiva la DL y la PD con O2EF con la del método de gradiente invasivo PbtO2-PvO2. Este análisis se llevará a cabo con el análisis de las características del operador del receptor.
2. Objetivo 2: Las diferencias en las concentraciones de biomarcadores cerebrales en suero entre pacientes con DL y PD se examinarán mediante pruebas t de dos colas para muestras independientes.
3. Objetivo 3: Las diferencias en las proporciones de lactato/piruvato de la microdiálisis entre pacientes con DL y PD se examinarán utilizando pruebas t de dos colas para muestras independientes para evaluar la disfunción mitocondrial.
4. Objetivo 4: Las diferencias en los resultados clínicos neurológicos (BTACT y CPC) y de calidad de vida (EuroQol-5) a los 6 meses entre pacientes con DL y PD se examinarán mediante pruebas t de dos colas para muestras independientes.
5. Objetivo 5: Las diferencias en la proporción de células inmunitarias circulantes (macrófagos) y subtipos raros entre las ubicaciones del bulbo venoso arterial y yugular en pacientes con DL se examinarán mediante pruebas t de dos colas para muestras independientes.
6. Análisis de resultados exploratorios: Las diferencias en la carga isquémica en la TC de la cabeza (puntuación ASPECTS) y en la RM del cerebro (volumen de hiperintensidad de la materia blanca y porcentaje de vóxeles en el mapeo del coeficiente de difusión aparente de < 650 x 106 mm/s en imágenes potenciadas por difusión) en ambos los grupos se examinarán mediante pruebas t de dos colas para muestras independientes.

Análisis basado en el sexo: dado que la comprensión de la fisiopatología de HIBI sigue siendo limitada, no está claro si existen diferencias relacionadas con el sexo. Como resultado, la evaluación de las diferencias relacionadas con el sexo no es un resultado principal del estudio actual, pero abarcará un análisis exploratorio que tiene como objetivo informar futuras investigaciones y la generación de hipótesis. En nuestra UCI, la proporción de pacientes ingresados ​​por HIBI posterior a un paro cardíaco ha sido aproximadamente 60% hombres y 40% mujeres en los últimos 3 años. Es probable que haya una proporción similar de hombres y mujeres en el estudio actual. Todos los datos se estratificarán por sexo, entre todos los pacientes y dentro de cada grupo de pacientes. Dentro de cada grupo de pacientes (DL vs. PD) las diferencias entre hombres y mujeres se evaluarán con pruebas t de muestras independientes. También se realizará un análisis de modelo de efectos mixtos lineales (factores fijos: grupo de pacientes y sexo; factor aleatorio: sujetos) con un término de interacción para grupo de pacientes*sexo. Aunque es probable que no tengan suficiente potencia para detectar efectos significativos, estos datos estratificados y sus resultados estadísticos relacionados se informarán y publicarán en un suplemento de datos junto con el manuscrito. Sin embargo, cualquier efecto significativo se incluirá en el documento principal del manuscrito.