Toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia aikuisten sydänkirurgiassa

Perioperatiivinen aivovaurio on yleinen ja merkittävä komplikaatio potilailla, joille tehdään sydänleikkaus. 1,2 Sydänleikkauksen aikana voi esiintyä aivovaurioita hypoperfuusion, aivoveritulpan ja/tai tulehduksen seurauksena. 3 Nämä intraoperatiiviset aivovauriot voivat ilmetä postoperatiivisena neurokognitiivisena toimintahäiriönä (esim. muistin ja huomiokyvyn heikkeneminen, mielialan vaihtelut), aivohalvauksena, deliriumina, näkökentän vajavaisuutena ja koomana. 4 Noin 1–4 %:lla sydänkirurgisista potilaista, joilla on suljettu kammio sydäntoimenpiteitä, on aivohalvaus monimutkaisia. Aivohalvauksen ilmaantuvuus kasvaa selvästi noin 8-9 %:iin avoimessa kammiossa (esim. läppäkirurgia) tai yhdistetyissä/monimutkaisissa toimenpiteissä. Nämä potilaat, joilla on neurologinen vamma, liittyvät lisääntyneeseen postoperatiiviseen kuolleisuuteen, pitkittyneeseen tehohoitoon, sairaalahoitoon, heikentyneeseen elämänlaatuun ja heikentyneeseen pitkäaikaiseen eloonjäämiseen. 4 Huolimatta kirurgisten tekniikoiden ja perioperatiivisen hoidon edistymisestä, joka on johtanut sydänkirurgisen kuolleisuuden asteittaiseen laskuun 1980-luvulta lähtien1,5,6, postoperatiivisten neurologisten komplikaatioiden ilmaantuvuus on pysynyt suhteellisen ennallaan. Tämä johtuu suurelta osin tehokkaan seurannan ja interventioiden puutteesta intraoperatiivisten aivovaurioiden havaitsemiseksi ja lieventämiseksi.

Yksi mahdollisesti hoidettavissa oleva aivovaurion syy sydänleikkauksen aikana on hypoperfuusioon liittyvä infarkti/iskemia. 7 Vesistöalueet eli rajavyöhykkeet sijaitsevat kahden suuren aivovaltimoiden (esim. keski- ja takavaltimon tai etu- ja keskimmäisen aivovaltimoiden) välisillä rajavyöhykkeillä, joilla on terminaalisia valtimoiden anastomoosia, jotka ovat alttiimpia hypoperfuusioon liittyvälle infarktille/ iskemia. 8 Nämä hypoperfuusioon liittyvät vammat ovat mahdollisesti hoidettavissa nostamalla systemaattista verenpainetta, jos vammat tunnistetaan varhaisessa vaiheessa. Aiemmassa tutkimuksessa on käytetty elektroenkefalografiaa intraoperatiivisen aivovaurion havaitsemiseen vedenjakaja-alueella9, mutta elektroenkefalografian kliininen käyttökelpoisuus on rajallinen sen hankalan asennuksen ja monimutkaisen logistiikan vuoksi. Sellaisenaan tämän tutkimuksen tarkoituksena on käyttää uutta monikanavaista fNIRS:ää aivojen hapettumisen havaitsemiseen ja seuraamiseen samanaikaisesti useilla aivoalueilla aikuisilla potilailla, joille tehdään sydänleikkaus. Tämä tutkimus lisää kokemuksia fNIRS:n käytöstä seurantatyökaluna sydänkirurgiassa ja parantaa ymmärrystä aivovammakuviosta sydänkirurgian aikana.

Monikanavainen toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia (fNIRS) on uusi aivojen kuvantamistekniikka, jolla mitataan hemodynaamisia muutoksia aivokuoren pinnalla. FNIRS-datan hankinnan aikana valoa (600-900 nm) säteilevät valonlähteet, jotka voivat kulkea kallon läpi ja saavuttaa aivokuoren. Aivokuoresta heijastuneet fotonit voidaan havaita ja kvantifioida ilmaisimilla, jotka on sijoitettu lähelle lähteitä. Valoa absorboivat pääasiassa happipitoinen hemoglobiini ja happiton hemoglobiini, joilla on selkeät absorptiospektrit. Muutokset oksi- ja deoksihemoglobiinin pitoisuuksissa, jotka ovat peräisin hermosolujen aktivaatiosta, voidaan kvantifioida käyttämällä kahta tai useampaa aallonpituutta. Varhaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kahden kanavan aivojen lähi-infrapunaspektroskopian käyttö voi välttää syvän aivojen desaturaatiota ja liittyy merkittävästi harvempiin merkittävien elinten toimintahäiriöihin. 10 Yksi kahden kanavan NIRS:n suuri rajoitus on kuitenkin se, että anturin sijoitus on tällä hetkellä rajoitettu otsaan, jolloin vain etulohkoja valvotaan. Tällainen sijoittelu estää kriittisen takaveden jakamisen seurannan etu-, keski- ja taka-aivovaltimoiden risteyksessä ja johtaa havaitsemattomaan aivohalvaukseen huolimatta siitä, että potilailla on normaali aivohapetus koko leikkauksen ajan. Tärkeiden aivoalueiden, kuten vedenjakaja-alueen, kattavan aivokuoren kattavuuden puute rajoittaa myös kahden kanavan NIRS:n käyttöä tutkimustyökaluna alueellisen aivovirtauksen ja aineenvaihdunnan arvioimiseksi sydänleikkauksen aikana. Monikanavainen fNIRS tarjoaa useita etuja kirurgisten potilaiden arvioimiseen leikkauksen aikana, mukaan lukien sen korkea ajallinen resoluutio (~100 ms), edullinen ja siirrettävyys. Monikanavainen fNIRS mahdollistaa jopa 64 kanavaa reaaliaikaista tiedonkeruuta ja tulkintaa, mikä mahdollistaa riittävät spatiaaliset ja ajalliset resoluutiot riskialttiiden aivoalueiden arvioimiseksi leikkauksen aikana. Tässä tutkimuksessa vain 16 kanavaa käytetään arvioimaan aivojen happipitoisuutta.

Tämän tutkimuksen fNIRS-järjestelmä on luokan I Health Canadan hyväksymä laite (NIRx NIRScout 64x32 Laser/LED 4-aallonpituus fNRIS-järjestelmä, info:https://nirx.net/nirscout). Se ei kuumene eikä vahingoita näköä. Tätä kaupallisesti saatavilla olevaa laitetta on käytetty turvallisesti aikaisemmissa tutkimuksissa vastasyntyneiden väestössä Westernissä (WREM #: 111168, 113443) ja muissa kirjallisuudessa julkaistuissa tutkimuksissa. Tämä laite on hyväksytty aivojen happipitoisuuden seurantaan ihmisillä.

Yksittäinen, prospektiivinen, havainnointitutkimus, jossa sydänkirurgisia toimenpiteitä saavia potilaita seurataan monikanavaisen fNIRS-monitoroinnin avulla aivojen hapettumisen arvioimiseksi niillä aivojen alueilla, jotka ovat alttiita vaurioille sydänleikkauksen aikana. Tässä tutkimuksessa ei käytetä interventiota. Yhteensä 40 potilasta otetaan mukaan tutkimukseen, ja he saavat tämän seurannan leikkauksen aikana. Hoitostandardiin ei tehdä satunnaistuksia eikä muita muutoksia.

Potilaat, jotka suostuvat osallistumaan tähän tutkimukseen, saavat aivoseurantaa monikanavaisena fNIRS-monitorina, joka ei ole tavanomaista hoitoa. Tämä koostuu NIRS-korkin käyttämisestä, joka asetetaan potilaan päähän kansainvälisten toimintaohjeiden mukaisesti ja kiinnitetään potilaan otsan temporaaliseen alueeseen. NIRS-korkki on täysin ei-invasiivinen eikä aiheuta lisäriskiä potilaalle. Seuranta aloitetaan ennen anestesian aloittamista.