Anatomia cerebrale, emodinamica e metabolismo

Le lesioni del ventricolo singolo (SV) sono la principale causa di morbilità e mortalità per cardiopatie congenite (CHD) negli Stati Uniti. L'intervento palliativo definitivo è l'operazione di Fontan modificata in cui il ritorno venoso sistemico viene indirizzato direttamente alle arterie polmonari. La ricostruzione chirurgica viene eseguita in più fasi nell'arco di pochi anni che comprende la "Fase I" e le operazioni di hemiFontan o Glenn bidirezionali. Questi bambini sono noti per avere maggiori deficit dello sviluppo neurologico (ND) rispetto alla popolazione generale e ad altre forme di CHD. Ad esempio, uno studio presso il Children's Hospital di Filadelfia ha rivelato che a 9 anni, 1/3 riceveva una qualche forma di educazione speciale; il quoziente intellettivo mediano (QI) era 86 con ritardo mentale nel 18%. Un componente per l'esito finale della ND è il flusso sanguigno cerebrale (CBF). I dati preliminari in SV in letteratura in tutte le fasce di età e in più stati patologici, suggeriscono che il CBF è correlato al ND; una recente revisione di 25 studi lo conferma. Un altro componente dell'esito della ND sono le lesioni cerebrali anatomiche. I dati preliminari di un attuale studio NIH sullo studio CBF suggeriscono un legame tra CBF e lesioni cerebrali (la riduzione del CBF è associata a più lesioni cerebrali), tessendo una complessa interazione che porta all'esito finale della ND. C'è un urgente bisogno di comprendere il CBF e le lesioni cerebrali in relazione alla ND infantile; questa fase di rapida crescita può essere particolarmente importante per la funzione cognitiva finale avendo non solo un impatto umanistico/sociale ma anche un grande impatto economico.

I dati di una precedente sovvenzione NIH terminata nel novembre 2014 indicano che il CBF nei pazienti con SV cambia durante gli interventi chirurgici organizzati e nelle prime 2 fasi, in condizioni di stress come l'ipercapnia; inoltre, uno sguardo iniziale ai dati suggerisce anche una differenza nelle anomalie cerebrali. Questi bambini sono particolarmente a rischio di CBF alterato e anomalie cerebrali con la loro fisiologia in evoluzione. Allo stadio I è presente una fisiologia di "deflusso" creata dallo shunt aorto-polmonare che potenzialmente causa un "furto" dalla circolazione cerebrale. Nella 2a fase (es. hemiFontan), circolazioni cerebrali e polmonari sono collegate direttamente ed esclusivamente in serie tra loro; il sangue aortico fluisce al cervello e poi direttamente ai polmoni attraverso la vena cava superiore. Dopo il completamento di Fontan, le pressioni venose cerebrali a valle sono elevate. Infine, i pazienti con SV sviluppano collaterali aorto-polmonari (APC) in tutte le fasi e un altro progetto di ricerca in corso ha trovato una forte correlazione inversa tra CBF e il grado di flusso di APC, mettendo ulteriormente a rischio il CBF di SV.

In un altro studio, la risonanza magnetica (MRI) è stata utilizzata per misurare il flusso sanguigno e visualizzare l'anatomia cerebrale mediante etichettatura dello spin arterioso MRI a contrasto di fase e imaging anatomico come sequenze pesate in T1 e imaging del tensore di diffusione. La risonanza magnetica che utilizza la suscettometria (ossimetria) recentemente sviluppata da un ricercatore su questo rinnovamento, può anche quantificare il tasso metabolico cerebrale del consumo di ossigeno (CMRO2). Questa combinazione di capacità di risonanza magnetica offre un'opportunità unica per valutare l'anatomia cerebrale, l'emodinamica e il metabolismo dell'ossigeno nello stesso studio; combinando questo con i test ND, questo studio è pronto a collegare i due nella speranza non solo di comprendere la funzione cognitiva, ma anche di intervenire positivamente sull'esito di ND. Una valutazione completa dell'anatomia e della funzione cerebrale legata agli esiti di ND non è mai stata riportata in nessun gruppo di pazienti né con l'utilizzo di misure a 2 punti temporali.

Questo è uno studio prospettico a centro singolo su pazienti affetti da SV e cerca di mettere in relazione l'anatomia cerebrale, l'emodinamica e la CMRO2 con l'esito di ND utilizzando come base un'altra coorte di pazienti ottenuta nell'ambito di uno studio precedente e utilizzando i dati di 2 punti temporali (borsa di studio originale e rinnovo). Questo approccio insieme all'utilizzo della reattività dell'anidride carbonica cerebrale (CO2) e del CMRO2 sono i principali punti di forza di questo studio. Chiarire questi fattori può in definitiva portare a modifiche nella gestione (ad es. tempistica dell'intervento chirurgico) e identificare i bambini a rischio cognitivo per implementare un intervento precoce e possibilmente migliorare l'esito di ND.