Kortikális terjedő depolarizáció súlyos traumás agysérülés után

Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy jobban megértsük a kérgi terjedő depolarizációt (CSD), mint a súlyos traumás agysérülés (TBI) másodlagos sérülésének mechanizmusát. A TBI kezelésének előrehaladásának elsődleges akadálya annak heterogenitása az ok, a súlyosság, a patofiziológia és a terápiás célpontok szűkössége tekintetében. Jelenleg nincs beavatkozás a kezdeti traumás inzultus során sérült vagy elveszett agyszövet funkciójának visszafordítására vagy helyreállítására; ezért a terápiás fókusz a másodlagos inzultusok minimalizálására összpontosul, amelyek a kezdeti agysérülés kiterjesztését eredményezik.

Az elmúlt néhány évben jelentős előrelépés történt a súlyos TBI utáni másodlagos sérülések lehetséges mechanizmusainak megértésében. Ez fontos munka, mivel a súlyos TBI-t követő másodlagos sérülésről azt gondolják, hogy jelentősen megnöveli a kezdeti sérülés súlyosságát, és ez a fajta sérülés alkalmas a későbbi sérülés súlyosságának mérséklésére irányuló beavatkozásokra. A súlyos TBI utáni másodlagos sérülés feltételezett mechanizmusai közül nemrégiben kimutatták, hogy kapcsolat van a CSD események és a súlyos TBI utáni rosszabb kimenetelek között. Ezért indokolt azoknak a tényezőknek alaposabb megértése, amelyek befolyásolják a CSD-k kialakulását és gyakoriságát a TBI után, hogy olyan terápiás stratégiákat dolgozhassunk ki, amelyek csökkentik vagy megakadályozzák ezen események előfordulását.

A fiatalok körében a TBI a megbetegedések és halálozások vezető oka a fejlett országokban. A TBI a baleseti sérülések gyakori következménye az Egyesült Államokban, évente körülbelül 2,5 millió embert érint, akiknek körülbelül 10%-a igényel hosszabb kórházi kezelést, gyakran intenzív osztályon. Az Egyesült Államokban évente körülbelül 275 000 (15,1%) kórházi felvétel és 52 000 haláleset a TBI miatt következik be. Azok, akik túlélik a kezdeti sértést, mindig hosszan tartó neurológiai intenzív osztályon (ICU), esetleges idegsebészeti beavatkozással és elhúzódó posztakut szupportív ellátással szembesülnek. Az Egyesült Államokban a becslések szerint 5,3 millió ember él hosszú távú fogyatékkal élőkkel a TBI következtében.

Tekintettel a súlyos TBI-t kísérő orvosi ellátás összetettségére és időtartamára, ebből az következik, hogy a TBI-vel kapcsolatos ellátás költségei óriásiak. Becslések szerint 2010-ben a TBI-vel kapcsolatos felvételek teljes kórházi díja 21,4 milliárd dollár volt. A kórházi költségeken túl a becslések szerint a TBI évente 76,5 milliárd dollárjába kerül az Egyesült Államok gazdaságának, és a rokkantság és a termelékenység elvesztése meghaladja az akut orvosi ellátás és rehabilitáció költségeit.

1944-es első leírásuk óta a terjedő depolarizációt (SD) számos állatkísérletben kimutatták, mint az ischaemiás stroke, a subarachnoidális vérzés (SAH) és a traumás agysérülés utáni másodlagos agysérülés mechanizmusát. Kimutatták, hogy SD-k előfordulnak az emberi agy agyi szürkeállományában is olyan akut agysérülések után, mint a TBI, SAH és ischaemiás stroke. A mai napig több mint 500 TBI utáni beteg elektrokortikográfiás (ECoG) monitorozása azt mutatta, hogy az SD-k az egyének 55-90%-ánál fordulnak elő napokkal vagy hetekkel a kezdeti sérülés után. Ezek a vizsgálatok az SD gyakoriságának kezdeti csúcsát 1-2 nappal a TBI után, és egy második csúcsot 6-7 nappal mutattak ki. Ezenkívül az SD-k rosszabb kimenetelekkel járnak a TBI után.

A neuronokat és asztrocitákat depolarizáló, és a helyi kérgi funkciót percekre vagy órákra megzavaró SD-k először súlyos TBI-s betegeknél fordulnak elő egyetlen szubdurális elektródacsíkról készült ECoG-felvételek alapján. Ezekben a vizsgálatokban azoknál a súlyos TBI-betegeknél, akiknél idegsebészeti beavatkozást végeztek dekompressziós és/vagy hematóma evakuálás céljából, egyetlen lineáris szubdurális elektródacsíkot (hat elektródát 10 mm-es távolsággal az elektródák között) helyeztek el a sérülés epicentrumának közelében, amely lehetővé tette folyamatos EKoG-felvételek készítését a sérülések epicentruma közelében. 7 nappal a kezdeti sérülés után. A fenti vizsgálatok és számos későbbi vizsgálat fontos lépések voltak annak bizonyítására, hogy (1) az állatkísérletekben először leírt SD-jelenségek a TBI utáni betegekben fordulnak elő, és (2) az SD-k rosszabb kimenetelhez kapcsolódnak TBI után.

Az elért előrelépések ellenére a korábbi tanulmányok legfeljebb 7 nap elteltével leállították az EKoG-felvételeket. A 7 napos rögzítési időszak azonban valószínűleg nem elegendő a TBI-t követő SD-k teljes terhének pontos jellemzésére, mivel a korábbi munkák az SD-k korai csúcsidőszakát mutatták be, körülbelül 0-2 nappal a TBI után, ezt követi egy relatív nyugalmi időszak, majd egy második csúcs. megnövekedett SD gyakorisága körülbelül 7 nappal a TBI után. Ezért a hosszabb rögzítési időszak jobban megérti a TBI-t követő SD-k természetes történetét, és lehetővé teszi azoknak a fiziológiai és patofiziológiai tényezőknek a pontosabb megértését, amelyek befolyásolják e kóros események kialakulását.

Az SD-k összes korábbi EKoG-felvétele olyan szubdurális elektródacsíkokon alapult, amelyek lineáris elektródákból állnak, amelyeket az agykéreg felett helyeztek el a zúzódásos agyszövet közelében. Ez a rögzítési stratégia megfelelő az SD események rögzítésére, azonban lehetővé teszi a kérgi felület egy kis területének megfigyelését. A kis megfigyelési terület számos korlátot szabott a korábbi vizsgálatoknak. Először is, a CSD-ket az egyes rögzítő elektródák érintkezőitől korlátozott távolságon belül rögzítik. A megfigyelési régión kívül előforduló CSD-ket nem rögzítik, ezért a korábbi tanulmányok valószínűleg alábecsülik a TBI utáni SD események valódi gyakoriságát. Másodszor, a szubdurális csíkok lineáris konfigurációja nem ad megfelelő térbeli információt a CSD-hullámokról a terjedés eredetének vagy irányának meghatározásához. Az ECoG-felvételek jobb térbeli felbontása a megfelelő analitikai technikákkal együtt lehetővé teszi az SD-hullám terjedésének irányának meghatározását, és esetleg azon patológiás gócok azonosítását, ahol az SD-k származnak. Az SD-k származási helyének azonosítása lehetővé teszi, hogy ezeket a helyeket a képalkotással összefüggésbe hozzuk, hogy meghatározzuk azokat a szerkezeti jellemzőket és patológiát, amelyek ezt a kóros jelenséget eredményezik.

Ennek a tanulmánynak az általános célja egy továbbfejlesztett rögzítési stratégia és analitikai technikák előzetes értékelése a súlyosan sérült agyban az SD események és a strukturális rendellenességek pontosabb meghatározása érdekében, amelyek súlyos TBI esetén ezeket a CSD eseményeket okozzák. E cél elérése érdekében ez a tanulmány 4 szubdurális elektródacsíkot használ, amelyek egy 4x4-es elektródaérintkezők rácsát képezik az EKoG-aktivitás rögzítésére, valamint számos egyéb fiziológiai mérés egyidejű elvégzésére idegsebészeti beavatkozást igénylő TBI-betegeknél.

A tanulmány eredményei kulcsfontosságú előrelépést jelenthetnek a TBI utáni CSD-események nyomon követésében és az ezen eseményeket előidéző ​​kórképek specifikus típusainak azonosításában. Ez egy fontos következő lépés lenne az új beavatkozások kidolgozásában, amelyek csökkentik vagy megszüntetik az SD-k gyakoriságát a TBI-s betegekben, és ezáltal a másodlagos agysérülés mértékét, amely súlyos agysérülés után nagyobb morbiditáshoz és mortalitáshoz vezet.

A súlyos agysérülések utáni betegek ellátásában elért előrelépések ellenére a TBI továbbra is nagyon magas morbiditást és mortalitást eredményez. A TBI-t követő megbetegedést és mortalitást minimalizáló hatékony kezelések kidolgozását hátráltatta, mert alapvetően nem ismerik azokat a tényezőket, amelyek hozzájárulnak a másodlagos sérüléshez a kezdeti kiváltó traumatikus esemény után. A TBI utáni másodlagos agysérülés mechanizmusainak, például a CSD-nek, valamint a kóros események nyomon követésének módszereinek jobb megértésével több lehetőség nyílik új kezelések kifejlesztésére. Ez egy előzetes tanulmány, amelynek célja a CSD jobb jellemzése súlyos TBI után.

A szubdurális elektródákat széles körben használták az ECoG aktivitás rögzítésére TBI és más agysérülések után. Annak ellenére, hogy a rögzítés invazív formájára van szükség, az ECoG-aktivitás továbbra is az egyetlen elfogadott eszköz a CSD-események nyomon követésére. A szubdurális elektródákkal végzett invazív neuromonitoringot először az 1930-as években mutatták be, és továbbra is általánosan alkalmazott idegsebészeti eljárás az epilepszia monitorozására. Egy közelmúltbeli retrospektív áttekintés körülbelül 9,1%-os általános szövődményarányt talált, és a betegek 0,6%-a tapasztalt állandó neurológiai hiányt a szubdurális elektródák elhelyezését követően. Ezenkívül a Minnesota Egyetem Orvosi Központjában egyetlen fertőzés sem fordult elő szubdurális elektródák elhelyezésével kapcsolatban. Amellett, hogy lehetővé teszik a CSD események észlelését, a szubdurális elektródák lehetővé teszik a szubklinikai rohamok azonosítását, és ezért klinikai előnyökkel járhatnak a szubdurális elektródák rögzítésén átesett betegek számára.

A vizsgálatba bevont alanyokat olyan betegek közül választják ki, akiknél idegsebészeti beavatkozásra van szükség craniectomia vagy craniotomia formájában, és ezért nem lesznek kitéve kizárólag a szubdurális rögzítőelektródák elhelyezésére irányuló invazív eljárásnak. A standard craniectomiás/craniotómiás eljárás során a dura felnyílik, így lehetővé válik a szubdurális felvételi csíkok elhelyezése a szokásos sebészeti eljárás minimális módosításával. A szubdurális csíkok elhelyezése után a vezetékeket alagúttal távolítják el az agytól úgy, hogy kilépjenek az agyból, minimalizálva a fertőzés kockázatát. Ennek a megközelítésnek az a további előnye, hogy a vizsgálati időszak végén az alagútba helyezett vezetékek eltávolíthatók az ágy mellett.

Az EKoG-felvételeken kívül az invazív neuromonitoring egyéb formáit is elhelyezik, beleértve a Licox csavart (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) az ICP, az agyszöveti oxigénellátás és a hőmérséklet mérésére, valamint a külső kamrai drént (EVD) a súlyos TBI kezelésének jelenlegi standardja.

A vizsgálati időszak addig tart, amíg az invazív neuromonitoring klinikailag indokolt súlyos TBI után. Amint azt a háttérben leírtuk, a CSD korábbi vizsgálatai 7 napos rögzítési időszak után véget értek. A rövidebb rögzítési időszak valószínűleg akadályozta a súlyos TBI-t követő CSD-k természetes történetének teljes megértését, és így az ezeket az eseményeket előidéző ​​patofiziológiai tényezők teljes megértését. Minimális további kockázattal jár, ha a rögzítési időszakot a klinikailag indokolt invazív neuromonitoring teljes időtartamára kiterjesztik, mivel a Minnesotai Egyetemen rutinszerűen szubdurális felvételt végeznek az epilepszia monitorozása céljából 4-6 hétig dokumentált súlyos szövődmény nélkül.

A Hennepin Megyei Orvosi Központ (HCMC) egy regionális 1. szintű traumacentrum, amely a felső középnyugati részét szolgálja ki, és a Minnesota Egyetem Idegsebészeti Rezidens Programjának egyik képzési helyszíne. Nagy regionális traumacentrumként a történelem során nagyszámú olyan súlyos TBI-beteg fordult elő, akik idegsebészeti beavatkozást igényelnek craniectomia vagy craniotomia formájában, és ezt követően, a klinikai színvonalú ellátás részeként elhúzódó invazív neuromonitoring szükséges. A vizsgálati populáció minden olyan traumás betegből áll, aki a HCMC Sürgősségi Osztályán, a traumás osztályon vagy közvetlenül az idegsebészetre kerül.