Aivokuoren leviävä depolarisaatio vakavan traumaattisen aivovaurion jälkeen

Tämän tutkimuksen tavoitteena on parantaa ymmärrystämme aivokuoren leviävistä depolarisaatioista (CSD) sekundaarivaurion mekanismina vakavassa traumaattisessa aivovauriossa (TBI). Pääasialliset esteet TBI:n hoidon edistämiselle ovat sen heterogeenisyys syyn, vaikeusasteen, patofysiologian ja terapeuttisten kohteiden vähäisyyden suhteen. Tällä hetkellä ei ole toimenpiteitä alkuperäisen traumaattisen loukkauksen aikana vaurioituneen tai kadonneen aivokudoksen toiminnan kumoamiseksi tai palauttamiseksi; siksi terapeuttinen painopiste keskittyy toissijaisten loukkausten minimoimiseen, jotka johtavat alkuperäisen aivovaurion laajenemiseen.

Useiden viime vuosien aikana on tapahtunut merkittävää edistystä vaikean TBI:n jälkeisten sekundaaristen vammojen mahdollisten mekanismien ymmärtämisessä. Tämä on tärkeää työtä, koska vakavan TBI:n jälkeisen toissijaisen vamman uskotaan lisäävän merkittävästi alkuperäisen vamman vakavuutta, ja tämän tyyppisen vamman uskotaan olevan avoin interventiolle myöhemmän vamman vakavuuden lieventämiseksi. Vakavan TBI:n jälkeisen sekundaarisen vamman oletettujen mekanismien joukossa osoitettiin äskettäin, että CSD-tapahtumien ja vakavan TBI:n jälkeisten huonompien tulosten välillä on yhteys. Siksi on syytä ymmärtää perusteellisemmin tekijöitä, jotka vaikuttavat CSD-tautien alkamiseen ja esiintymistiheyteen TBI:n jälkeen, jotta voidaan kehittää terapeuttisia strategioita näiden tapahtumien vähentämiseksi tai estämiseksi.

Nuorten TBI on johtava sairastuvuuden ja kuolleisuuden syy kehittyneissä maissa. TBI on usein seurausta tapaturmista Yhdysvalloissa, ja siitä kärsii vuosittain noin 2,5 miljoonaa ihmistä, joista noin 10 % tarvitsee pitkäaikaista sairaalahoitoa, usein tehohoidossa. Noin 275 000 (15,1 %) sairaalahoidoista ja 52 000 kuolemaa Yhdysvalloissa vuosittain johtuu TBI:stä. Ne, jotka selviävät alkuperäisestä loukkauksesta, kohtaavat poikkeuksetta pitkiä oleskelua neurologisessa tehohoidossa (ICU), mahdollisia neurokirurgisia interventioita ja pitkiä akuutin jälkeisen tukihoidon jaksoja. Yhdysvalloissa on arvioitu, että 5,3 miljoonalla ihmisellä on pitkäaikainen vamma TBI:n seurauksena.

Ottaen huomioon vakavaan TBI:hen liittyvän lääketieteellisen hoidon monimutkaisuuden ja keston, tästä seuraa, että TBI:hen liittyvät hoidon kustannukset ovat valtavat. On arvioitu, että TBI:hen liittyvien vastaanottojen sairaalamaksujen kokonaismäärä vuonna 2010 oli 21,4 miljardia dollaria. Sairaalamaksujen lisäksi TBI:n arvioidaan maksavan Yhdysvaltain taloudelle 76,5 miljardia dollaria vuodessa, ja vammaisuudesta ja tuottavuuden menetyksestä aiheutuvat kustannukset ovat suuremmat kuin akuutin sairaanhoidon ja kuntoutuksen kustannukset.

Ensimmäisen kuvauksensa jälkeen vuonna 1944 leviävät depolarisaatiot (SD:t) osoitettiin myöhemmin lukuisissa eläintutkimuksissa toissijaisen aivovaurion mekanismina iskeemisen aivohalvauksen, subarachnoidaalisen verenvuodon (SAH) ja traumaattisen aivovaurion jälkeen. SD-häiriöitä on myös osoitettu esiintyvän ihmisaivojen aivojen harmaassa aineessa potilailla akuutin aivovaurion, kuten TBI:n, SAH:n ja iskeemisen aivohalvauksen jälkeen. Tähän mennessä yli 500 potilaan elektrokortikografia (ECoG) -seuranta TBI:n jälkeen on osoittanut, että SD-häiriöitä esiintyy 55–90 %:lla henkilöistä päivien tai viikkojen ajan alkuperäisen vamman jälkeen. Nämä tutkimukset ovat osoittaneet, että SD-taajuuden ensimmäinen huippu on 1-2 päivää TBI:n jälkeen ja toinen huippu 6-7 päivän kuluttua. Lisäksi SD:t liittyvät huonompiin tuloksiin TBI:n jälkeen.

SD:t, jotka koostuvat massiivisista aalloista, jotka depolarisoivat hermosoluja ja astrosyyttejä ja häiritsevät paikallista aivokuoren toimintaa minuuteista tuntiin, osoitettiin ensin vaikeilla TBI-potilailla yksittäisistä subduraalisista elektrodiliuskoista saatujen ECoG-tallenteiden perusteella. Näissä tutkimuksissa vakavia TBI-potilaita, joille tehtiin neurokirurginen interventio dekompression ja/tai hematooman evakuoimiseksi, yksi lineaarinen subduraalielektrodiliuska (kuusi elektrodia 10 mm:n etäisyydellä elektrodien välillä) asetettiin lähelle vamman episentrumia, mikä mahdollisti jatkuvien EKG-tallenteiden keräämisen jopa 7 päivään alkuperäisen vamman jälkeen. Yllä olevat tutkimukset ja useat myöhemmät tutkimukset olivat tärkeitä askelia osoittamaan, että (1) SD-ilmiöt, jotka kuvattiin ensimmäisen kerran eläinkokeissa, esiintyvät potilailla TBI:n jälkeen ja (2) SD-oireet liittyvät huonompaan lopputulokseen TBI:n jälkeen.

Huolimatta saavutetusta edistyksestä aiemmat tutkimukset keskeyttivät EKG-tallenteet enintään 7 päivän kuluttua. 7 päivän tallennusjakso on kuitenkin todennäköisesti riittämätön luonnehtimaan tarkasti SD:n kokonaistaakkaa TBI:n jälkeen, koska aikaisempi työ osoittaa SD:n varhaisen huippujakson noin 0–2 päivää TBI:n jälkeen, jota seuraa suhteellinen lepojakso ja sitten toinen huippu. lisääntynyt SD-taajuus noin 7 päivää TBI:n jälkeen. Siksi pidempi tallennusjakso antaa paremman ymmärryksen SD:n luonnollisesta historiasta TBI:n jälkeen ja mahdollistaa tarkemman ymmärtämisen fysiologisista ja patofysiologisista tekijöistä, jotka vaikuttavat näiden patologisten tapahtumien alkamiseen.

Kaikki aiemmat SD:n EKoG-tallenteet ovat perustuneet subduraalisiin elektrodiliuskoihin, jotka koostuvat lineaarisesta elektrodiryhmästä, jotka on sijoitettu aivokuoren päälle, lähellä aivokudosta. Tämä tallennusstrategia on riittävä SD-tapahtumien kaappaamiseen, mutta se tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden tarkkailla pientä aluetta aivokuoren pinnasta. Pieni seuranta-alue asetti aiemmille tutkimuksille useita rajoituksia. Ensinnäkin CSD:t kaapataan rajoitetun etäisyyden sisällä kustakin tallennuselektrodin koskettimesta. Valvonta-alueen ulkopuolella esiintyviä hiilihapollisia vammoja ei kirjata, ja siksi aiemmat tutkimukset aliarvioivat todennäköisesti SD-tapahtumien todellisen esiintymistiheyden TBI:n jälkeen. Toiseksi subduraalisten kaistaleiden lineaarinen konfiguraatio ei tarjoa riittävää spatiaalista informaatiota koskien CSD-aaltoja etenemiskohdan tai -suunnan määrittämiseksi. ECoG-tallenteiden parannettu spatiaalinen resoluutio yhdessä asianmukaisten analyyttisten tekniikoiden kanssa mahdollistaa SD-aallon etenemissuunnan määrittämisen ja mahdollisesti patologisten pesäkkeiden tunnistamisen, joista SD:t ovat peräisin. Sen tunnistaminen, mistä SD:t ovat peräisin, mahdollistaa kyvyn korreloida nämä paikat kuvantamiseen, jotta voidaan määrittää rakenteelliset ominaisuudet ja patologia, jotka aiheuttavat tämän patologisen ilmiön.

Tämän tutkimuksen yleistavoitteena on alustavasti arvioida parannettua tallennusstrategiaa ja analyyttisiä tekniikoita, jotta voidaan paremmin määritellä SD-tapahtumat ja rakenteelliset poikkeavuudet vakavasti loukkaantuneissa aivoissa, jotka aiheuttavat näitä CSD-tapahtumia vaikeassa TBI:ssä. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi tässä tutkimuksessa käytetään neljää subduraalista elektrodiliuskaa, jotka on järjestetty tuottamaan 4 x 4 elektrodikontaktien ruudukko EKoG-aktiivisuuden tallentamiseksi yhdessä useiden muiden fysiologisten toimenpiteiden samanaikaisen hankinnan kanssa TBI-potilailla, jotka tarvitsevat neurokirurgista interventiota.

Tämän tutkimuksen havainnot voisivat tarjota keskeisen edistyksen keinoissa sekä seurata CSD-tapahtumia TBI:n jälkeen että tunnistaa tietyt patologiatyypit, jotka aiheuttavat näitä tapahtumia. Tämä olisi tärkeä seuraava askel kehitettäessä uusia interventioita, joilla vähennetään tai eliminoidaan SD:n esiintymistiheys TBI-potilailla ja siten sekundaarisen aivovaurion astetta, joka johtaa suurempaan sairastuvuuteen ja kuolleisuuteen vakavan aivovaurion jälkeen.

Huolimatta edistyksestä, jota on saavutettu potilaiden hoidossa vakavan aivovamman jälkeen, TBI aiheuttaa edelleen erittäin korkean sairastuvuuden ja kuolleisuuden. Tehokkaiden hoitojen kehittäminen TBI:n jälkeisen sairastuvuuden ja kuolleisuuden minimoimiseksi on haitannut, koska ei ole ymmärretty perustavanlaatuisesti tekijöitä, jotka vaikuttavat sekundaariseen vammaan alkuperäisen traumaattisen tapahtuman jälkeen. Ymmärtämällä paremmin TBI:n jälkeisen sekundaarisen aivovaurion, kuten CSD:n, mekanismeja sekä patologisten tapahtumien seurantamenetelmiä, on enemmän mahdollisuuksia kehittää uusia hoitoja. Tämä on alustava tutkimus, jonka tavoitteena on luonnehtia paremmin CSD:tä vaikean TBI:n jälkeen.

Subduraalisia elektrodeja on käytetty laajasti EKG-aktiivisuuden tallentamiseen TBI:n ja muiden aivovamman muotojen jälkeen. Huolimatta invasiivisen tallennuksen vaatimisesta EKG-aktiivisuus on edelleen ainoa vakiintunut tapa seurata CSD-tapahtumia. Invasiivinen neuromonitorointi subduraalisten elektrodien kautta esiteltiin ensimmäisen kerran 1930-luvulla, ja se on edelleen yleinen neurokirurginen toimenpide epilepsian seurantaan. Äskettäin tehdyssä retrospektiivisessä katsauksessa havaittiin, että komplikaatioiden kokonaismäärä oli noin 9,1 %, ja 0,6 %:lla potilaista oli pysyviä neurologisia puutteita subduraalisen elektrodin asettamisen jälkeen.19 Lisäksi Minnesotan yliopiston lääketieteellisessä keskuksessa ei ole esiintynyt ainuttakaan subduraalielektrodin sijoitukseen liittyvää infektiota. Sen lisäksi, että subduraaliset elektrodit mahdollistavat CSD-tapahtumien havaitsemisen, ne mahdollistavat subkliinisten kohtausten tunnistamisen ja voivat siksi tarjota kliinistä hyötyä potilaille, joille tehdään subduraalielektrodirekisteröinti.

Tähän tutkimukseen osallistuvat koehenkilöt valitaan potilaista, jotka tarvitsevat neurokirurgista interventiota kraniektomian tai kraniotomian muodossa, ja siksi heitä ei altisteta invasiiviselle toimenpiteelle pelkästään subduraalisten tallennuselektrodien sijoittamiseksi. Normaalin kraniektomian/kraniotomiatoimenpiteen aikana kovakalvo avataan paljastamaan, mikä mahdollistaa subduraalisten tallennusnauhojen sijoittamisen tekemällä minimaalisia muutoksia tavanomaiseen kirurgiseen toimenpiteeseen. Kun subduraaliliuskat on asetettu, johdot tunneloidaan pois aivoista, jotta ne poistuvat aivoista, mikä minimoi infektioriskin. Tällä lähestymistavalla on se lisäetu, että kun tutkimusjakso on ohi, tunneloidut johdot voidaan poistaa sängyn vierestä.

EKG-tallenteiden lisäksi osana sijoitetaan muita invasiivisen neuromonitoroinnin muotoja, mukaan lukien Licox-pultti (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) ICP:n, aivokudoksen hapetuksen ja lämpötilan mittaamiseksi sekä ulkoinen kammiovirtaus (EVD) nykyisen vakavan TBI:n hoitostandardin mukainen.

Tutkimusjakso kestää niin kauan kuin invasiivinen neuromonitorointi on kliinisesti aiheellista vaikean TBI:n jälkeen. Kuten taustaosiossa todettiin, aiemmat arvopaperikeskuksen tutkimukset ovat päättyneet 7 päivän tallennusjakson jälkeen. Lyhyempi tallennusaika on todennäköisesti estänyt täydellisen ymmärryksen CSD-tautien luonnollisesta historiasta vaikean TBI:n jälkeen ja siten ymmärtämästä näitä tapahtumia aiheuttavia patofysiologisia tekijöitä. Tallennusajan pidentämisessä kliinisesti indikoidun invasiivisen neuromonitoroinnin koko ajanjaksoon liittyy minimaalinen lisäriski, koska Minnesotan yliopistossa tehdään rutiininomaisesti subduraalista tallennusta epilepsian seurantaa varten 4–6 viikon ajan ilman dokumentoitua vakavaa komplikaatiota.

Hennepin County Medical Center (HCMC) on alueellinen tason 1 traumakeskus, joka palvelee ylempää keskilännettä ja on yksi Minnesotan yliopiston neurokirurgian residenssiohjelman koulutuspaikoista. Suurena alueellisena traumakeskuksena on historiallisesti ollut suuri määrä vakavia TBI-potilaita, jotka ovat vaatineet neurokirurgista interventiota kraniektomian tai kraniotomian muodossa, minkä jälkeen pitkittynyt invasiivinen neuromonitorointi on välttämätön osana kliinistä hoitostandardia. Tutkimuspopulaatio valitaan kaikista traumapotilaista, jotka saapuvat HCMC:n päivystykseen, traumaosastoon tai suoraan neurokirurgiaan.