Aivojen nitrosatiivinen/hapettava stressi aneurysmaalisessa subaraknoidisessa verenvuodossa (NOX2)

TAUSTA:

Aneurysmaalisella subarachnoidaalisella verenvuodolla (SAH) on korkea sairastuvuus ja kuolleisuus. Tämä johtuu suurelta osin sekundaarisen aivovaurion kehittymisestä, mukaan lukien komplikaatioiden viivästynyt aivoiskemia (DCI), joka vaikuttaa 30 %:iin ensimmäisistä eloonjääneistä. SAH:n jälkeisen sekundaarisen aivovaurion taustalla olevia mekanismeja ei ymmärretä täysin.

Typpioksidi (NO) on voimakas endogeeninen verisuonia laajentava aine, jota tuottaa arginiinista typpioksidisyntaasi (NOS) -entsyymi, jota on kolmessa isoformissa: endoteelinen, hermosolu ja indusoituva NOS (eNOS, nNOS ja iNOS). Tulehduksen ja oksidatiivisen stressin olosuhteissa vapaat radikaalit voivat reagoida NO:n kanssa muodostaen peroksinitriittiä (ONOO-), joka on erittäin reaktiivinen ja voi suoraan vahingoittaa biologisia makromolekyylejä, kuten lipidejä ja proteiineja. Tätä ilmiötä, eli lisääntynyttä reaktiivisten typpilajien tuotantoa, joka mahdollisesti johtaa soluvaurioihin, kutsutaan nitrosatiiviseksi stressiksi.

Yleisesti uskotaan, että oksidatiivinen/nitrosatiivinen stressi ja siihen liittyvät NO:n aineenvaihdunnan häiriöt liittyvät sekundaarisen aivovaurion kehittymiseen SAH:n jälkeen, mutta näiden mekanismien tarkka rooli jää epätäydellisesti ymmärretyksi. Vaikka jotkut kirjoittajat uskovat, että NOS:n toimintahäiriö ja siitä johtuva alhainen NO:n biologinen hyötyosuus on tärkeä syy sekundaariseen aivovaurioon (ja DCI:n taustalla oleva keskeinen mekanismi), toiset väittävät, että iNOS:n välittämä NO:n ylituotanto on epämukava vaste, joka johtaa pahentuneeseen kudosvaurioon. nitrosoiva stressi.

NO-metaboliittien transserebraalista (eli valtiosta kaulalaskimoon) vaihtoa ja sen yhteyttä oksidatiiviseen stressiin ei ole koskaan tutkittu SAH-potilailla. Tutkijat olettavat, että SAH liittyy NO:n aivoverenkierron biologisen hyötyosuuden alenemiseen, joka johtuu vapaiden radikaalien poistamisesta. Tämä voisi edistää noidankehää, jossa lisääntyvä mikrovaskulaarinen vastustus, aivoverenkierto ja aivokudoksen hypoksia lisää edelleen vapaiden radikaalien tuotantoa ja NO:n ehtymistä, mikä lopulta johtaa iskeemiseen aivovaurioon ja huonoon lopputulokseen.

HYPOTEESIT:

Tämä tutkiva tutkimus luonnehtii oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien ja NO-metaboliittien transserebraalista vaihtoa SAH:n jälkeisessä varhaisessa vaiheessa verrattuna terveisiin vapaaehtoisiin. Lisäksi se tutkii näiden häiriöiden vaikutusta aivojen iskemian ja aineenvaihdunnan toimintahäiriöiden indekseihin multimodaalisella neuromonitoroinnilla arvioituna sekä valtimoiden happipaineen (PaO2) aiheuttamien muutosten vaikutusta. Tutkijat olettavat, että:

1. Potilailla on suurempi oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien ulosvirtaus aivoihin ja NO:n alhaisempi aivoverenkierron biologinen hyötyosuus verrattuna terveisiin kontrolleihin.
2. SAH-potilailla on asteittainen lasku oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien transserebraalisessa vapautumisessa ja vastaava lisäys NO:n aivoverenkierron biologisessa hyötyosuudessa ictuksen jälkeisinä päivinä.
3. SAH:n suurempi kliininen vakavuus liittyy oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien suurempaan transaivojen vapautumiseen ja NO:n alhaisempaan aivoverenkierron biologiseen hyötyosuuteen.
4. Pienempi aivokudoksen happipaine (PbtO2) ja suurempi aivokudoksen hypoksiakuorma (määritelty seurantaajan prosenttiosuutena PbtO2:n ollessa < 20 mmHg) liittyvät oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien suurempaan aivovirtaukseen ja aivojen alhaisempaan hyötyosuuteen. EI.
5. Suurempi mikrodialysaatin laktaatti/pyruvaatti-suhde ja suurempi aivojen metabolisen kriisin taakka (määritelty seurantaajan prosenttiosuutena, kun laktaatti/pyruvaatti-suhde on >40 ja glukoosipitoisuus <0,7 mmol/l) liittyy suurempaan aivovirtaukseen. oksidatiivisten/nitrosatiivisten stressimarkkerien ja NO:n alhaisemman aivojen biologisen hyötyosuuden.
6. Indusoituun lievään hypoksiaan liittyy oksidatiivisen/nitrosatiivisen stressin markkerien lisääntynyt transserebraalinen vapautuminen ja NO:n aivoverenkierron biologisen hyötyosuuden väheneminen lähtötasoon verrattuna, kun taas indusoidulla lievällä hyperoksialla on päinvastainen vaikutus.

Tutkimustarkoituksessa otamme myös aivo-selkäydinnestenäytteitä (CSF) potilailta, joilla on ulkoinen ventrikulaarinen dreeni ja ylimääräinen aivomikrodialysaatti, jos se on saatavilla.

MENETELMÄT:

Tutkimus on prospektiivinen fysiologinen tutkimus, joka sisältää SAH-potilaita, jotka on otettu Rigshospitaletin neurointensiivisen hoidon osastolle (NICU). Potilaiden sisällyttämistä jatketaan, kunnes olemme saaneet täydelliset tiedot 20 potilaasta interventioalatutkimuksessa (katso alla), tai 1. huhtikuuta 2024 saakka, jolloin osallistuminen keskeytetään ja tiedot analysoidaan riippumatta mukana olevien potilaiden lukumäärästä . Lisäksi mukaan otetaan 12 tervettä henkilöä toimimaan kontrolliryhmänä.

Tutkimuksen käytännön toteutus, potilaat:

Potilaille asetetaan valtimokatetri pian hoidon jälkeen osana rutiinihoitoa. Lisäksi mahdollisimman pian aneurysman varmistuksen jälkeen asetetaan retrogradinen sisäinen kaulalaskimokatetri (RJV-katetri) aivolaskimoveren näytteenottoa varten. Tärkeitä parametreja seurataan NICU:n tavanomaisen käytännön mukaisesti, ja potilaille tehdään jatkuva multimodaalinen kallonsisäisen paineen (ICP), PbtO2:n ja aivojen aineenvaihdunnan (aivojen mikrodialyysi) neuromonitorointi. Interventioiden aikana transkraniaalista Doppler-ultraääntä (TCD) käytetään keskimmäisen aivovaltimon keskimääräisen virtausnopeuden määrittämiseen aivojen verenvirtauksen korvikkeena. Tutkimus koostuu havainnollisesta ja interventioalatutkimuksesta, jotka kuvataan erikseen alla.

Havainnointialatutkimus: Veriparinäytteet (eli samanaikaiset verinäytteet RJV:stä ja valtimokatetrista) otetaan 1) välittömästi RJV-katetrin asettamisen jälkeen (oletettu: päivä 0-2 sisäänoton jälkeen), 2) interventioiden aikana (katso alla) ja 3) vähän ennen RJV-katetrin poistamista (odotettu: päivä 3-6 sisäänoton jälkeen). Verinäytteenoton lisäksi potilailta, joilla on olemassa oleva ulkoinen kammiovalu, otetaan CSF-näyte, ja potilailta, joilla on aivomikrodialyysikatetri, otetaan näytteitä ylimääräisestä mikrodialysaatista tutkimustarkoituksiin.

Interventioalatutkimus: Lievä hypo- ja hyperoksia indusoidaan satunnaistetussa järjestyksessä muuttamalla hengityslaitteen asetuksia (hengitetyn hapen osuus) tavoitteena PaO2 9-10 kPa lievässä hypoksiassa ja 13-14 kPa lievässä hyperoksiassa (standardi). käsittelyn tavoite: 10-12 kPa). Verinäytteet otetaan lähtötilanteessa (normoksia) ja 60 minuutin kuluttua kunkin toimenpiteen jälkeen (yhteensä 3 pariverinäytettä).

Tutkimuksen käytännön toteutus, terveet kontrollit:

Terveillä koehenkilöillä tehdään kokeita NICU:ssa. Instrumentointi ja seuranta ovat samanlaisia ​​kuin edellä on kuvattu: valtimo- ja RJV-katetri asetetaan ja koehenkilöille suoritetaan TCD-seuranta aivoverenvirtauksen indeksinä normaalin sydän-hengityksen monitoroinnin lisäksi.

Instrumentoinnin ja lyhyen lepoajan jälkeen suoritetaan perustilanteen arviointi, jonka jälkeen koehenkilöille tehdään interventioita satunnaistetussa järjestyksessä: Hypo- ja hyperoksia indusoidaan käyttämällä tiukasti kiinni olevaa maskia, joka on yhdistetty ei-uudelleenhengitysventtiiliin, pääte- vuoroveden CO2-monitori ja säiliö, joka toimitetaan painekaasusylintereiden kautta. Sisäänhengitetyn hapen osuus titrataan ja tavoitteena on PaO2 9-10 kPa lievässä hypoksiassa ja 13-14 kPa lievässä hyperoksiassa. Lisäksi terveille koehenkilöille tehdään kolmas interventio, jossa sisäänhengitetyn hapen osuus nostetaan tasolle. 100 %. Isokapnia varmistetaan lisäämällä CO2:ta hengitettyyn ilmaan ad hoc. Verinäytteet otetaan lähtötilanteessa (normoksia) ja 60 minuutin lievän hypoksian, 60 minuutin lievän hyperoksian ja 60 minuutin "vakavan hyperoksian" jälkeen.

BIOKEMIALLISET ANALYYSIT:

Jokaisella näytteenottohetkellä pieni määrä verta analysoidaan välittömästi veren kaasutasojen ja happo-emästilan suhteen. Loput biologiset näytteet sentrifugoidaan, jaetaan eriin ja säilytetään -80 °C:ssa analyysiin asti.

Verinäytteistä analysoidaan seuraavat oksidatiivisen stressin merkkiaineet: askorbaattiradikaali, lipidihydroperoksidit, myeloperoksidaasi ja antioksidantit glutationi, α/γ-tokoferoli, α/β-karoteeni, retinoli ja lykopeeni.

Seuraavat NO-metaboliitit määritetään: plasman kokonaisNO-pitoisuus (nitraatti (NO3-) + nitriitti (NO2-) + S-nitrosotiolit (RSNO)) ja punasoluihin sitoutunut NO (nitriitti (NO2-) + nitrosyylihemoglobiini (HbNO) ) + S-nitrosohemoglobiini (HbSNO)). Lisäksi 3-nitrotyrosiini määritetään peroksinitriitin korvikemarkkeriksi.

Seuraavat neurovaskulaarisen yksikön vaurion biomarkkerit määritetään: S100ß, gliafibrillaarinen hapan proteiini, hermosoluspesifinen enolaasi, ubikitiinikarboksiterminaalinen hydrolaasi L1, neurofilamentin kevytketju ja kokonais-tau.