Aivovirtauksen ja aineenvaihdunnan kytkentä aikuisten leikkauksen aikana

Aivot ovat erittäin metabolisesti aktiivinen elin, joka vastaanottaa noin 15 % sydämen minuuttitilavuudesta normaalin aivoverenkierron (CBF) ollessa noin 50 ml/100 g/min. Normaaleissa olosuhteissa CBF on tiiviisti kytketty paikalliseen aivoaineenvaihduntaan. Aivojen metabolisen aktiivisuuden lisääntyminen yhdellä aivoalueella laukaisee vastaavan verenvirtauksen lisääntymisen kyseiselle aivoalueelle. Päinvastoin, aivojen metabolisen aktiivisuuden väheneminen johtaa verenkierron vähenemiseen. Tämä tiukasti kontrolloitu fysiologinen ilmiö tunnetaan nimellä virtaus-aineenvaihduntakytkentä.

Virtaus-aineenvaihduntakytkennän uskotaan olevan myötäkytkentäinen fysiologinen suojamekanismi, jossa hermosolujen aktiivisuus lisää suoraan CBF:ää, mikä vastaa lisääntynyttä energian saantia. Aivojen hypoperfuusion tapauksessa (esim. CBF:n väheneminen), aivosuonet laajenevat kompensaationa ja paikallinen hapen uuttofraktio (OEF) kasvaisi. Jos aivojen hypoperfuusio jatkuu ja on kynnyksen alapuolella, aivosolujen aktiivisuus vaimenee, mikä johtaisi aivojen aineenvaihduntanopeuden (CMR) ja aivojen metabolisen hapentarpeen (CMRO2) vähenemiseen. Tämä virtaus-aineenvaihduntakytkentämekanismi on hyvin tutkittu käyttämällä PET-skannausta sekä terveillä vapaaehtoisilla että potilailla, joilla on patologisia tiloja. Tärkeää on, että tätä virtausaineenvaihdunnan fysiologista ominaisuutta vasteena aivoiskemialle voidaan käyttää aivojen iskemian aikaisempana indikaattorina leikkauksen aikana. Toisin sanoen seuranta, joka osoittaa CMRO2:n äkillisen laskun tai OEF:n lisääntymisen, voi toimia varhaisena aivoiskemian merkkinä. Kuitenkin teknisistä rajoituksista johtuen tällaisten hienovaraisten fysiologisten muutosten havaitseminen sängyn vierestä on haastavaa erityisesti leikkauksen aikana. Lisäksi monet fysiologiset, patologiset ja farmakologiset tekijät voivat vaikuttaa tähän virtauksen ja aineenvaihdunnan kytkentäsuhteeseen ja siten vaikuttaa CMRO2/OEF-muutosten tulkintaan aivoiskemian indikaattorina. Lisätutkimuksia tarvitaan sen selvittämiseksi, kuinka anestesiaaineet voivat sekoittaa tulkinnan.

Eri anestesia-aineet voivat muuttaa virtauksen ja aineenvaihdunnan yhteyttä eri tavoin. Aivojen aineenvaihdunta määräytyy useiden tekijöiden mukaan, mukaan lukien hermoston toimintatila, anestesialääkkeet ja kehon lämpötila. Yksittäisten anestesialääkkeiden vaikutusta CMR:ään on tutkittu hyvin. Lyhyesti sanottuna useimmat anestesialääkkeet tukahduttavat CMR:n annoksesta riippuvaisella tavalla, lukuun ottamatta ketamiinia ja typpioksiduulia (N2O). CMR:n anestesia-suppressio johtuu pääasiassa sähköfysiologisten aktiivisuuksien vähenemisestä. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että useat anestesia-aineet, mukaan lukien barbituraatit, isofluraani, sevofluraani, desfluraani, propofoli ja etomidaatti, voivat lisätä plasman pitoisuuksia ja aiheuttaa EEG-aktiivisuuden asteittaista suppressiota ja samanaikaisen CMR-arvon vähenemisen.

Ongelman vaikeuttamiseksi entisestään leikkauksen aikana anestesiologin on ylläpidettävä riittävä aivojen perfuusiopaine varmistaakseen, että CBF:a on riittävästi aineenvaihduntatarpeiden täyttämiseen. Yleisanestesian induktio liittyy usein keskimääräisen valtimoverenpaineen (MAP) ja aivojen perfuusiopaineen alenemiseen, mikä johtuu sydämen minuuttitilavuuden (CO) ja systeemisen verisuonten vastuksen (SVR) vähenemisestä. Monet intraoperatiiviset tilat, kuten verenhukka ja kirurginen paikannus, voivat edelleen vaarantaa potilaan verenpaineen ja siten CBF:n. Fenyyliefriiniä ja efedriiniä annetaan yleisesti neurokirurgisten toimenpiteiden aikana estämään sydän- ja verisuonihäiriötä ja hoitamaan anestesiaan liittyvää hypotensiota. Lähi-infrapunaspektroskopia (NIRS) -tutkimukset nukutetuilla potilailla viittaavat siihen, että fenyyliefriini vähentää alueellista aivojen happisaturaatiota (StO2) efedriiniin verrattuna huolimatta MAP:n huomattavasta noususta. Näiden tutkimusten tulokset ovat ristiriitaisia ​​ja niillä on useita rajoituksia.

NIRS on pitkään tunnustettu lupaavaksi neuromonitoriksi, koska kudos on suhteellisen läpinäkyvä valolle lähi-infrapuna-alueella ja valon absorption riippuvuus hemoglobiinin hapettumisesta, mikä tarjoaa ei-invasiivisen menetelmän StO2:n mittaamiseen. Lisäksi NIRS on erittäin turvallinen, edullinen ja tarjoaa reaaliaikaisen seurannan. Kaupallisia järjestelmiä on saatavilla, ja niitä on käytetty neuromonitorointiin useiden kirurgisten toimenpiteiden aikana, joihin liittyy aivovamman riski, mukaan lukien sepelvaltimon ohitus ja kaulavaltimon endarterektomia.1,2 NIRS:n eduista huolimatta sen diagnostinen tarkkuus leikkauksen sisäisen iskemian havaitsemisessa on kiistanalainen.3 Äskettäisessä systemaattisessa tarkastelussa todettiin seuraavaa:

"NIRS:llä on alhainen herkkyys ja korkea spesifisyys leikkauksen sisäisen iskemian tunnistamiseksi... Ekstrakraniaalisen signaalin osuus oli erittäin vaihteleva." 4

Tämä päätelmä kuvastaa kaupallisten NIRS-järjestelmien kahta päärajoitusta. Ensinnäkin StO2:n ja iskemian välinen suhde ei ole suora, koska StO2 ei riipu vain CBF:stä vaan myös kudoksen metabolisesta tarpeesta. Toiseksi valon absorptio päänahassa ja kallossa on merkittävä signaalikontaminaation lähde. Itse asiassa yli 80 % NIRS-signaalista on peräisin aivojen ulkopuolisista kudoksista, koska etäisyys ihon pinnasta aivoihin vaihtelee välillä 1,0-1,5 cm. Tämän seurauksena hemodynaamiset muutokset pintakudoksissa voivat varjostaa aivoihin liittyviä signaaleja. Näiden kahden rajoituksen vuoksi spesifistä StO2-kynnystä leikkauksen sisäisen iskemian tunnistamiseksi ei ole vahvistettu.

Tiimimme on kehittänyt teknologioita ratkaistakseen kaupallisten NIRS-järjestelmien kaksi päärajoitusta. Syvyysherkkyyden parantamiseksi olemme kehittäneet aikaresoluution (tr)NIRS-järjestelmän, joka mittaa aikaa fotonien kulkemiseen kudoksen läpi.5 Periaatteen mukaan, että aika on yhtä suuri kuin etäisyys, päänahkaa ja kalloa tutkiva valo tallennetaan aikaisemmin kuin aivoihin saapuva valo.

Jatkuvaa verenvirtauksen seurantaa varten olemme yhdistäneet trNIRS:n täydentävään optiseen tekniikkaan, joka tunnetaan nimellä diffuusi korrelaatiospektroskopia (DCS). Valon absorption mittaamisen sijaan DCS mittaa valonsirottimien liikkeen aiheuttamia ajallisia signaalivaihteluita, joita kudoksessa hallitsee mikrovaskulaarinen verenvirtaus (ts. kudosperfuusio).8 Pintakudoksen signaalimuutokset voivat vaikuttaa DCS:ään kuten NIRS:iin, vaikka sen luontainen etu on, että verenvirtaus aivoissa on huomattavasti suurempi kuin päänahassa (~ 5:1).9 Kahden signaalin osuuden erottamiseksi järjestelmämme kerää tietoja kahdelta lähteen ja ilmaisimen etäisyydeltä: lyhyeltä etäisyydeltä päänahan verenkierron tarkkailuun ja pidemmältä etäisyydeltä, jolla on suurempi herkkyys CBF:lle.10 Olemme aiemmin käyttäneet DCS:ää CBF:n vakauden tarkkailuun keskosilla aikana. ensimmäisinä elinpäivinä ja sydänleikkauksen aikana.11,12 Äskettäin julkaistussa julkaisussa, jossa tutkittiin DCS:n käyttöä CBF:n tarkkailuun kaulavaltimon endarterektomian aikana, raportoitiin keskimääräisen 57 %:n perfuusion alenemisen puristamalla13.

Esitetyllä hybridi-trNIRS/DCS:llämme on kyky mitata CBF:ää ja StO2:ta samanaikaisesti. Tällä yhdistelmällä voidaan laskea aivojen happiaineenvaihdunta, jota kutsutaan hapenkulutuksen aivojen aineenvaihduntanopeudeksi (CMRO2), yhdistämällä nämä kaksi mittausta.

Tämän uuden kehitetyn bed-side-tekniikan perusteella aiomme arvioida, kuinka CBF ja CMRO2 muuttuvat yleisanestesiassa ja niiden vasteet fenyyliefriinille ja efedriinille hypotension aikana.

Kaikki tutkimukseen osallistujat rekrytoidaan ja hyväksytään paikallisten eettisten ohjeiden mukaisesti. Hoitoon osallistuvat anestesiologit ja kirurgit eivät sokeudu toimenpiteen luonteen vuoksi. Potilaat ja tulosten arvioijat ovat kuitenkin sokeita hoidon suhteen. Kaikki potilaat saavat tavanomaista anestesiahoitoa, ja potilaiden kirurginen ja anestesiahoito suoritetaan normaalisti, eikä sitä muuteta tässä tutkimuksessa. Anestesia indusoidaan fentanyylillä 1-2 mcg/kg, propofolilla 1,5-3 mg/kg ja rokuroniumilla 0,6-0,9 mg/kg. Tarkkaillaan automaattista verenpainetta, elektrokardiografiaa, pulssioksimetriaa, kapnografiaa, ruokatorven lämpötilaa sekä sisään- ja uloshengityshappi- ja CO2-pitoisuutta. Ohjattua ilmanvaihtoa, jossa on 50 % happea ilmassa, käytetään ja vuoroveden lopun CO2-tasot pidetään 35-40 mmHg:ssä. Happisaturaatio pidetään yli 96 %:ssa. FiO2:ta voidaan lisätä, jos valtimon desaturaatio tapahtuu. Kehon lämpötila pidetään yli 36 ℃. Leikkauksen jälkeen potilaat ekstuboidaan ja siirretään PACU:hun. Anestesian syvyyttä seurataan jatkuvasti joko bispektrisellä indeksillä (BSI) tai potilaan tilaindeksillä (PSI).

Kaikkia potilaita seurataan trNIRS/DCS-laitteella anestesian induktiosta leikkauksen loppuun. NIRS-anturi asetetaan potilaan otsalle.

Ennen anestesian induktiota mitataan 1 minuutin ajan ennen leikkausta aivojen hemodynaamisia ja metabolisia parametreja, kuten ScO2, CBF, CMRO2, OEF. Seurantaa jatketaan anestesian induktion ja henkitorven intuboinnin aikana. Anestesian induktion jälkeen saadaan induktion jälkeiset aivojen hemodynaamiset ja metaboliset parametrit.

Henkitorven intuboinnin jälkeen, kun hengitystiet on suojattu, ylläpito- ja vasopressoriaineita annetaan allokoidun ryhmän mukaisesti. Neljä mahdollista jaettua ryhmää ovat seuraavat:

Ryhmä 1: Propofolipohjainen anestesian ylläpito fenyyliefriinillä, jota käytetään vasopressorina Ryhmä 2: Propofolipohjainen anestesiahoito efedriinillä, jota käytetään vasopressorina Ryhmä 3: Sevofluraanipohjainen anestesiahoito fenyyliefriinillä, jota käytetään vasopressorina Ryhmä 4: Sevofluraanipohjainen anestesian ylläpito efedriiniä käytetään vasopressorina

Huoltoaineet

• Propofoliryhmässä potilas saa propofolia ylläpitoaineena leikkauksen aikana. Tyypillinen annos on 150-200 mg/kg/min.
• Sevofluraaniryhmässä potilaalle annetaan 1 MAC sevofluraania leikkauksen aikana.
• Sekä propofoli että sevofluraani ovat yleisesti käytettyjä ylläpitoaineita, ja anestesian syvyys pidetään PSI:ssä 30–40 (normaali alue 25–50) aineiden valinnasta riippumatta. Anestesiologit käyttävät molempia aineita usein, ja päivittäisessä käytännössämme anestesia-aineiden valinta perustuu pääosin henkilökohtaisiin mieltymyksiin, lukuun ottamatta potilaita, joilla on erityisiä vasta-aiheita, kuten pahanlaatuinen hypertermia tai lääkeallergia.

Vasopressoriaineet

• Fenyyliefriiniryhmässä potilas saa fenyyliefriini-infuusion ensisijaisena vasopressorina.
• Efedriiniryhmässä potilas saa efedriini-infuusion ensisijaisena vasopressorina.
• Vasopressoria annetaan vain MAP:n pitämiseksi 0–20 %:ssa lähtötason yläpuolella. Yleisanestesiassa efedriiniä ja fenyyliefriiniä voidaan antaa bolusinjektiona tai infuusiona. Tässä tutkimuksessa käytetään infuusiojärjestelmää, koska on tarpeen ylläpitää vakaa verenpaine aivojen hemodynamiikan toistuvien mittausten aikana vakaassa tilassa kussakin ryhmässä. Potilailla, joilla on refraktorinen hypotensio joko fenyyliefriini- tai efedriini-infuusiosta huolimatta, käytetään muita vasopressoreita tai inotrooppisia aineita. Potilaille, jotka eivät saaneet mitään vasopressoria (esim. ei hypotensiota koko leikkauksen aikana) tai jotka saavat useita vasopressoreita, analysoimme heidän tiedot käyttämällä sekä hoitotarkoituksen että protokollan mukaista lähestymistapaa.

Anestesian jälkeisen hoitoyksikön (PACU) potilaiden neurologiset tulokset kerätään myös rutiininomaisen fyysisen tarkastuksen avulla.