Stress nitrosativo/ossidativo sistemico in pazienti con danno cerebrale acuto (NOX)

SFONDO:

La lesione cerebrale acuta dovuta a lesione cerebrale traumatica (TBI), emorragia intracerebrale (ICH) ed emorragia subaracnoidea aneurismatica (SAH) è una delle principali cause di mortalità e disabilità permanente in tutto il mondo. Indipendentemente dalla sua eziologia, la lesione cerebrale acuta è associata a un'attivazione diffusa di processi cellulari e biochimici che possono aggravare il danno dopo la lesione primaria - questa è definita lesione cerebrale secondaria.

L'ossido nitrico (NO) è un potente vasodilatatore endogeno prodotto dall'arginina dall'enzima ossido nitrico sintasi (NOS), che esiste in tre isoforme: NOS endoteliale, neuronale e inducibile (eNOS, nNOS e iNOS). In condizioni di infiammazione e stress ossidativo (ad es. in caso di lesione cerebrale acuta), i radicali liberi possono reagire con NO per formare perossinitrito (ONOO-), che è altamente reattivo e può danneggiare direttamente macromolecole biologiche come lipidi e proteine. Questo fenomeno, ovvero un'aumentata produzione di specie reattive dell'azoto che potenzialmente portano a danni cellulari, è definito stress nitrosativo.

È opinione diffusa che lo stress ossidativo/nitrosativo e i disturbi associati nel metabolismo dell'NO siano coinvolti nello sviluppo della lesione cerebrale secondaria, ma il ruolo esatto di questi meccanismi rimane non completamente compreso. Mentre alcuni autori ritengono che la disfunzione di NOS e una conseguente bassa biodisponibilità di NO sia una causa importante di lesione cerebrale secondaria, altri sostengono che una sovrapproduzione di NO mediata da iNOS sia una risposta disadattativa che porta a lesioni tissutali aggravate a causa dello stress nitrosativo.

I ricercatori ipotizzano che la lesione cerebrale acuta sia associata a un aumento immediato dei biomarcatori circolanti di stress ossidativo e a una riduzione della biodisponibilità di NO dovuta alla formazione di perossinitrito (stress nitrosativo) e che ciò rappresenti un importante meccanismo alla base dello sviluppo del cervello secondario infortunio. Questa diminuzione della disponibilità di NO potrebbe contribuire a un circolo vizioso in cui un conseguente aumento della resistenza microvascolare, ipoperfusione cerebrale e ipossia del tessuto cerebrale aumenta ulteriormente la produzione di radicali liberi. Tuttavia, si ipotizza inoltre che la diminuzione iniziale della disponibilità di NO sia seguita da un aumento mediato da iNOS dei metaboliti di NO nei giorni successivi all'infortunio. Il presente studio esplorativo tenterà di caratterizzare questi cambiamenti e il loro ruolo nei pazienti con danno cerebrale acuto.

IPOTESI:

1. I pazienti avranno i livelli più alti di marcatori di stress ossidativo/nitrosativo e livelli più bassi di metaboliti NO subito dopo l'ictus, con una progressiva riduzione dei marcatori di stress ossidativo/nitrosativo e aumento dei metaboliti NO nei giorni successivi.
2. Il grado di stress ossidativo/nitrosativo sarà associato a un decorso clinico sfavorevole (ad esempio, episodi di neuropeggioramento), scarso esito neurologico e morte.
3. I pazienti con una gravità della malattia più elevata (ad esempio, un punteggio della World Federation of Neurological Surgeons più alto per i pazienti con SAH) avranno un grado maggiore di stress ossidativo/nitrosativo rispetto ai pazienti con una gravità della malattia inferiore.
4. Il grado di stress ossidativo/nitrosativo sarà associato al grado di lesione dell'unità neurovascolare determinata dal biomarcatore.
5. Il grado di stress ossidativo/nitrosativo sarà associato all'evidenza di disfunzione sistemica degli organi.
6. Il grado di stress ossidativo/nitrosativo e la relativa deplezione di NO sono associati a ipossia del tessuto cerebrale, crisi metaboliche cerebrali e depolarizzazioni a diffusione corticale (in un sottogruppo di pazienti sottoposti a neuromonitoraggio multimodale).

METODI:

Lo studio è uno studio monocentrico, prospettico, esplorativo e osservazionale, che includerà 50 pazienti con SAH, 50 pazienti con ICH e 50 pazienti con trauma cranico ricoverati presso l'Unità di Terapia Neurointensiva (NICU) presso Rigshospitalet, Copenhagen. L'inclusione dei pazienti continuerà fino all'arruolamento del numero pianificato di pazienti o fino al 1° maggio 2023, momento in cui l'inclusione verrà interrotta e i dati verranno analizzati indipendentemente dal numero di pazienti inclusi.

I campioni di sangue arterioso verranno raccolti in 3 punti temporali: giorno 0-2 (precoce), giorno 3-5 (intermedio) e giorno 6-8 (tardivo) dopo il ricovero. Se non è disponibile un catetere arterioso, in alternativa possono essere prelevati campioni venosi centrali o venosi periferici. I campioni di sangue verranno raccolti solo durante il ricovero in terapia intensiva neonatale e/o unità di cure intermedie e la raccolta dei campioni verrà interrotta in caso di dimissione in un altro reparto.

I dati demografici, clinici e paraclinici saranno ottenuti dalle cartelle cliniche elettroniche di ciascun paziente. I dati del neuromonitoraggio multimodale (cioè pressione intracranica, ossigenazione del tessuto cerebrale, microdialisi cerebrale e/o elettrocorticografia) saranno raccolti continuamente insieme ai parametri fisiologici quando disponibili. L'esito neurologico (come determinato dalla scala Rankin modificata) sarà determinato a 6 mesi in connessione con una visita di follow-up ambulatoriale in ospedale o attraverso interviste telefoniche.

ANALISI BIOCHIMICHE:

I campioni di sangue saranno analizzati per i seguenti marcatori di stress ossidativo: il radicale ascorbato, gli idroperossidi lipidici, la mieloperossidasi e gli antiossidanti glutatione, α/γ-tocoferolo, α/β-carotene, retinolo e licopene.

Saranno determinati i seguenti metaboliti di NO: concentrazione plasmatica totale di NO (nitrato (NO3-) + nitrito (NO2-) + S-nitrosotioli (RSNO)) e NO totale legato ai globuli rossi (nitrito (NO2-) + nitrosilemoglobina (HbNO ) + S-nitrosoemoglobina (HbSNO)). Inoltre, la 3-nitrotirosina sarà determinata come marcatore surrogato del perossinitrito.

Saranno determinati i seguenti biomarcatori di lesione dell'unità neurovascolare: S100ß, proteina acida fibrillare gliale, enolasi neurone-specifica, ubiquitina carbossi-terminale idrolasi L1, catena leggera del neurofilamento e tau totale.