Sydänpysähdyksen jälkeisen hypoksisen iskeemisen aivovaurion patofysiologisten fenotyyppien rajaaminen (DIFFUSION)

Tarkoitus: Kehittää menetelmiä, joilla erotetaan toisistaan ​​hypoksiset iskeemiset aivovauriopotilaat, joilla on diffuusio ja perfuusioriippuvuus. Toiseksi tutkia taustalla olevia mekanismeja, jotka ovat vastuussa hapen toimituksen diffuusiorajoituksesta.

Hypoteesit:

1. Potilailla, joilla on PD, O2EF lisääntyy, kun CBF vähenee hypokapnisen ventilaation aikana, kun taas potilailla, joilla on DL, O2EF muuttuu minimaalisesti, mikä osoittaa heikentyneen diffuusion O2-kuljetuksen.
2. Seerumin aivojen biomarkkerit ovat suurempia DL:n ja PD:n kanssa, mikä osoittaa BBB:n läpäisevyyttä, glia- ja aksonivaurioita.
3. Laktaatti/pyruvaatti-suhde kasvaa potilailla, joilla on DL vs. PD, mikä viittaa mitokondrioiden toimintahäiriöön.
4. Kliininen neurologinen lopputulos on huonompi DL-potilailla verrattuna PD-potilaisiin.
5. Makrofagien ja niihin liittyvien kiertävien immuunisolujen osuus kaulalaskimobulbissa on pienentynyt verrattuna valtimoverenkiertoon DL-potilailla.

Perustelut:

Tämän tutkimusprojektin tavoitteena on erottaa prospektiivisesti hypoksisen iskeemisen aivovaurion (HIBI) patofysiologiset fenotyypit, rajata taustalla olevat mekanismit ja määrittää niihin liittyvät kliiniset tulokset. Kanadassa noin 40 000 ihmistä saa vuosittain sydänpysähdyksen. HIBI, sydämenpysähdyksen jälkeinen aivoinfarkti, on sydänpysähdyksen jälkeisen haitallisen lopputuloksen hallitseva tekijä, ja vain 5–15 %:lla potilaista on suotuisia neurologisia tuloksia. Loput HIBI:stä selviytyneistä voivat kokea merkittäviä neuropsykiatrisia jälkitauteja ja merkittäviä terveydenhuoltokustannuksia (~160 000 dollaria potilasta kohti vuodessa). Kun otetaan huomioon nämä synkät tulokset, on olemassa merkittäviä mahdollisuuksia parantaa tuloksia.

HIBI-patofysiologialle on ominaista primaarinen iskeeminen vaurio verenkierron pysähtymisen aikana ja sekundaarinen vaurio spontaanin verenkierron palautumisen jälkeen (ROSC). Tämä toissijainen vamma johtuu suurelta osin riittämättömästä elvytyksen jälkeisestä hapen toimituksesta aivoihin (CDO2). CDO2 on riippuvainen aivojen verenvirtauksesta (CBF), joka on verrannollinen aivojen perfuusiopaineeseen (CPP) [keskimääräinen valtimopaine (MAP) - kallonsisäinen paine (ICP)]. Koska suurimmalle osalle HIBI-patofysiologiasta on ominaista matala - normaali ICP, ensisijainen fysiologinen kokonais-CDO2:n määräävä tekijä tehohoidossa on MAP.

Havaintotutkimukset ovat yhdistäneet hypotension (pienentynyt MAP ja CBF) haitallisiin neurologisiin tuloksiin. Satunnaistetut kontrollitutkimukset yhtenäisestä MAP-lisäyksestä eivät kuitenkaan ole osoittaneet kliinistä tai biologista tehoa. Tämä ero MAP:n optimoinnin havaitun tärkeyden välillä elvytyksen jälkeisenä aikana ja kliinisen tehon puutteen välillä viittaa siihen, että HIBI:n patofysiologian ymmärtämisessä saattaa olla puutteita. Yksinkertainen lähestymistapa yhtenäiseen MAP- augmentaatioon olettaa, että kun happea on toimitettu aivojen kapillaarisänkyyn, normaali hapen diffuusio tapahtuu veri-aivoesteen (BBB) ​​läpi ja normaali solun hapen käyttö huipentuu hermosolujen aerobiseen aineenvaihduntaan. Aivojen metabolinen homeostaasi perustuu konvektiivisen hapen kuljetuksen, diffuusion BBB:n läpi ja mitokondrioiden normaaliin solukäyttöön integroitumiseen. Toisin sanoen, vaikka CBF:n ja CDO2:n lisääminen toimittaa enemmän happea aivoihin, tämä strategia koskee vain yhtä happikaskadin komponenttia ja jättää huomiotta hapen diffuusion ja käytön tärkeät roolit. Äskettäin tutkimusryhmämme on osoittanut, että huolimatta invasiivisen neuromonitoroinnin ohjaamasta tavoitteellisesta hoidosta HIBI-potilailla oli edelleen merkittävä aivojen hypoksiataakka. Post-hoc-analyysissä osoitimme ainutlaatuisen patofysiologisen fenotyypin HIBI-potilaiden alajoukossa, joilla oli hapen kuljetuksen diffuusiorajoitus (DL). Huolimatta konvektiivisen CDO2:n optimoinnista aivojen kapillaarikerrokseen, hapen diffuusio parenkymaaliseen kudokseen estyi potilailla. Tarkkoja patofysiologisia mekanismeja, jotka tukevat tätä löytöä HIBI:ssä, ei tunneta. Päinvastoin, tämä vartiotyö osoitti myös, että toisella HIBI-potilaiden alaryhmällä oli ehjä hapen diffuusio parenkyymaan, mikä oli riippuvainen systeemisestä perfuusiosta. Näillä kahdella erillisellä HIBI:n patofysiologisella fenotyypillä (diffuusiorajoitus [DL] ja perfuusioriippuvuus [PD]) on merkittäviä vaikutuksia elvytyshoidon jälkeiseen hoitoon, mutta keskeiset tutkimuskysymykset ovat edelleen olemassa. Erityisesti näiden fenotyyppien prospektiivinen vahvistaminen, DL:n taustalla olevien mekanismien rajaaminen ja DL:n ja PD:n välisten kliinisten tulosten tutkiminen on erittäin tärkeää.

Tulehdus ja sekundaarinen vaurio DL:ssä: Taustalla olevan sekundaarisen vaurion tarkat mekanismit ja sen vaikutus diffuusion rajoittamiseen ovat epäselviä. Äskettäin tutkimusryhmämme on osoittanut interleukiini-6:n nettovapautumisen aivojen parenkyymistä / hermovaskulaarisesta yksiköstä HIBI-potilailla, joilla on aivojen hypoksiaa ja diffuusiorajoituksia. Interleukiini-6, keskeinen pro-inflammatorinen sytokiini, on vastuussa tulehduskaskadin, leukosyyttien diapedeesin, makrofagien aktivoitumisen ja muiden alavirran tulehdusvälittäjien vapautumisesta. Tämän säätelemättömän immuunivasteen huipentuma liittyy hermosolujen toimintahäiriöön, apoptoosiin ja solukuolemaan. Siksi tähän HIBI:n säätelemättömään tulehduskaskadiin osallistuvien immuunisolualatyyppien osuuden ymmärtäminen on välttämätöntä sellaisten hoitojen kehittämisessä, joiden tarkoituksena on moduloida tulehduskaskadia haavoittuvan hermosolukudoksen säilyttämiseksi.

Tavoitteet:

Tavoite 1 (ensisijainen tulos): Vahvistaa DL:n vs. PD:n esiintyminen HIBI-potilailla kvantitatiivisesti määrittämällä muutokset happiuuttofraktiossa (O2EF), jotka johtuvat CBF:n vähenemisestä hypokapnisella ventilaatiolla.

Tavoite 2 (toissijainen tulos): Vertaa eroja seerumin aivojen biomarkkereissa HIBI-potilailla, joilla on DL vs. PD.

Tavoite 3 (toissijainen tulos): Vertaa laktaatti/pyruvaatti-suhteen eroa HIBI-potilailla, joilla on DL vs. PD.

Tavoite 4 (tertiäärinen tulos): Vertaa neurologisen kliinisen lopputuloksen eroa HIBI-potilailla, joilla on DL vs. PD.

Tavoite 5 (tertiäärinen tulos): Vertaa verenkierrossa olevien immuunisolujen (makrofagien) ja harvinaisten alatyyppien osuuden eroja valtimon ja kaulalaskimon sipulien välillä DL-potilailla.

Tutkimussuunnittelu: Tämä on tulevaisuuden havainnointitutkimus. Tutkimuksen yleiskatsaus: Tämä tutkimus suoritetaan Vancouverin yleissairaalassa. Tietoinen suostumus saadaan sijaispäätöksentekijältä. Päivänä 1 aloitetaan neuromonitorointi, valtimo- ja kaulatulppaverta kerätään verikaasuanalyysiä ja seerumin aivojen biomarkkerien kvantifiointia varten, ja mikrodialyysimittauksia tehdään tunnin välein. Valtimonäytteenotto tehdään valtimolinjasta, joka asetetaan osana normaalia hoitoa. Näyte kaulabulbista otetaan kaulakatetrista, joka on sijoitettu erityisesti tätä tutkimusta varten. Lisäksi kvantifioimme sekä PvO2-PbtO2-gradientit että teemme hypokapnisen ventilaatiotestin perfuusion ja O2EF:n välisen suhteen määrittämiseksi. Päivinä 2 ja 3 neuromonitorointi jatkuu ja verta kerätään taas seerumin biomarkkeri- ja verikaasuanalyysiä varten tunnin mikrodialyysin ohella. Päivän 3 jälkeen neuromonitorointi poistetaan hoitavan lääkärin pyynnöstä. Osana tavanomaista hoitoa suoritettavat CT- ja MRI-kuvaukset analysoidaan iskeemisen rasituksen varalta. Kliiniset tulokset kerätään 6 kuukauden kuluttua eloonjääneistä.

Tilastolliset näkökohdat. Otoskoko. Parillista t-testiä käytettiin otoskoon laskennan arvioimiseksi lineaariselle sekamallille. DL:n ja PD:n erottamiseksi Menon et ai. havaitsi noin 10 %:n eron O2EF:n muutoksessa PD- ja DL-potilaiden välillä (15 % [SD 7] vs. 5 % [SD 4], p = 0,03) hypokapnialle altistuessa. Olettaen, että O2EF:n ero on 10 % eron keskihajonnan ollessa 9, olettaen alfa 0,05 ja haluttu teho 0,80, otoskoko on 28 potilasta (G*Power). Rekrytoimme 40 potilasta varhaisen kuolleisuuden mahdollistamiseksi ennen kolmen seurantapäivän päättymistä. Ottaen huomioon aikaisemmat jakautumisemme, jossa noin 50 % koko kohortista määriteltiin DL:ksi ja 50 % PD:ksi, ennustamme, että meillä on vähintään 14 potilasta kussakin ryhmässä. Ottaen huomioon aiemman rekrytointiasteemme, 12 potilasta 12 kuukaudessa HIBI:n invasiiviseen neuromonitorointiin laitoksessamme sydämenpysähdyksen jälkeen, tämä otoskoko on helposti saavutettavissa kolmen vuoden kuluessa. Analyysisuunnitelma: Erilliset muuttujat kootaan yhteen frekvenssien ja prosenttiosuuksien mukaan. Jatkuvat muuttujat tiivistetään keskiarvolla (SD) tai keskiarvolla (P10, P90), jos tiedot ovat vinossa. Pidämme P-arvoa <0,05 tilastollisesti merkitsevänä.

1. Tavoite 1: O2EF:n muutoksen eroja molemmissa tutkimusryhmissä hypokapniaventilaatiossa tutkitaan DL:n ja PD:n esiintymisen varmistamiseksi. Tämä analyysi suoritetaan riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisella t-testillä hypokapnian aiheuttaman O2EF:n muutoksen suhteen DL- ja PD-potilaiden välillä. Kykyä määrittää ei-invasiivisesti DL ja PD O2EF:llä invasiiviseen PbtO2-PvO2-gradienttimenetelmään verrataan. Tämä analyysi suoritetaan vastaanottimen käyttäjän ominaisuuksien analyysillä.
2. Tavoite 2: Erot seerumin aivojen biomarkkerien pitoisuuksissa DL- ja PD-potilaiden välillä tutkitaan käyttämällä riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisia ​​t-testejä.
3. Tavoite 3: Mikrodialyysin laktaatti/pyruvaatti-suhteiden eroja DL- ja PD-potilaiden välillä tutkitaan käyttämällä riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisia ​​t-testejä mitokondrioiden toimintahäiriöiden arvioimiseksi.
4. Tavoite 4: Erot kliinisissä neurologisissa (BTACT & CPC) ja elämänlaadun tuloksissa (EuroQol-5) 6 kuukauden kohdalla DL- ja PD-potilaiden välillä tutkitaan käyttämällä riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisia ​​t-testejä.
5. Tavoite 5: Erot verenkierrossa olevien immuunisolujen (makrofagien) ja harvinaisten alatyyppien osuudessa valtimo- ja kaulalaskimobulboiden sijainnin välillä DL-potilailla tutkitaan riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisilla t-testeillä.
6. Tutkimustulosanalyysit: Erot iskeemisessä kuormituksessa pään TT:ssä (ASPECTS-pisteet) ja aivojen MRI:ssä (valkoisen aineen hyperintensiteetin määrä ja vokseleiden prosenttiosuus näennäisen diffuusiokertoimen kartoituksessa < 650 x 106 mm/s diffuusiopainotetussa kuvantamisessa) molemmissa ryhmät tutkitaan käyttämällä riippumattomien näytteiden kaksisuuntaisia ​​t-testejä.

Sukupuoleen perustuva analyysi: Koska ymmärrys HIBI-patofysiologiasta on edelleen rajallinen, on epäselvää, onko sukupuoleen liittyviä eroja. Tämän seurauksena sukupuoleen liittyvien erojen arviointi ei ole tämän tutkimuksen ensisijainen tulos, vaan se sisältää tutkivan analyysin, jonka tarkoituksena on antaa tietoa tulevalle tutkimukselle ja hypoteesien sukupolvelle. Tehoosastollamme sydänpysähdyksen jälkeisen HIBI-potilaiden osuus on ollut noin 60 % miehiä ja 40 % naisia ​​viimeisen kolmen vuoden aikana. Tässä tutkimuksessa on todennäköisesti samanlainen miesten ja naisten suhde. Kaikki tiedot ositetaan sukupuolen mukaan, kaikkien potilaiden ja kunkin potilasryhmän sisällä. Jokaisessa potilasryhmässä (DL vs. PD) miesten ja naisten väliset erot arvioidaan riippumattomien näytteiden t-testeillä. Lineaarinen sekavaikutusten mallianalyysi (kiinteät tekijät: potilasryhmä & sukupuoli; satunnaistekijä: koehenkilöt) tehdään myös vuorovaikutustermillä potilasryhmälle* sukupuolelle. Vaikka nämä kerrostetut tiedot ja niihin liittyvät tilastolliset tulokset ovat todennäköisesti alivoimaisia ​​havaitsemaan merkittäviä vaikutuksia, ne raportoidaan ja julkaistaan ​​tietolisäosassa käsikirjoituksen yhteydessä. Kaikki merkittävät vaikutukset sisällytetään kuitenkin pääkäsikirjoitukseen.