重度の外傷性脳損傷後の皮質拡散脱分極

この研究の目的は、重度の外傷性脳損傷 (TBI) における二次損傷のメカニズムとしての皮質拡散脱分極 (CSD) の理解を深めることです。 TBI の治療を進める上での主な障害は、原因、重症度、病態生理学、および治療標的の不足に関する不均一性です。 現時点では、最初の外傷性傷害の間に損傷または喪失した脳組織の機能を逆転または回復させるための介入はありません。したがって、治療の焦点は、最初の脳損傷の拡大につながる二次的な傷害を最小限に抑えることに集中しています。

過去数年間で、重度の外傷性脳損傷後の二次損傷の潜在的なメカニズムの理解が大幅に進歩しました。 重度のTBIが最初の損傷の重症度を大幅に増加させると考えられている後の二次損傷として、これは重要な作業であり、このタイプの損傷はその後の損傷の重症度を軽減するための介入に開かれていると考えられています. 重度のTBI後の二次損傷の推定メカニズムの中で、CSDイベントと重度のTBI後の悪い結果との間に関係があることが最近実証されました。 したがって、TBI 後の CSD の開始と頻度に影響を与える要因をより完全に理解することは、これらのイベントの発生を軽減またはブロックするための治療戦略を開発するために必要です。

若者では、TBI は先進国における罹患率と死亡率の主な原因です。 TBI は、米国では偶発的な外傷による頻繁な後遺症であり、年間約 250 万人が罹患しており、そのうちの約 10% は、集中治療室での長期入院を必要としています。 米国では毎年、約 275,000 (15.1%) の入院と 52,000 人の死亡が TBI によるものです。 最初の発作を生き延びた人は、常に神経集中治療室 (ICU) での長期滞在、脳神経外科的介入の可能性、急性期後の支持療法の長期化に直面します。 米国では、TBI のために 530 万人が長期的な障害を抱えて生活していると推定されています。

重度の外傷性脳損傷に伴う医療の複雑さと期間を考慮すると、外傷性脳損傷に関連する治療費は莫大なものになります。 2010 年の TBI 関連入院の総病院費用は 214 億ドルと推定されています。 病院の費用を超えて、TBI は米国経済に年間 765 億ドルの費用がかかると推定されており、障害と生産性の損失のコストは、急性期の医療とリハビリテーションのコストを上回っています。

1944 年の最初の記述以来、拡散性脱分極 (SD) は、虚血性脳卒中、くも膜下出血 (SAH)、および外傷性脳損傷後の二次的脳損傷のメカニズムとして、多数の動物研究でその後実証されました。 SDは、TBI、SAH、虚血性脳卒中などの急性脳損傷後の患者の脳の脳灰白質にも発生することが実証されています。 現在までに、外傷性脳損傷後の 500 人を超える患者の皮質電図 (ECoG) モニタリングでは、最初の損傷後数日から数週間で 55 ～ 90% の個人に SD が発生することが示されています。 これらの研究は、TBI 後 1 ～ 2 日で SD 頻度の最初のピークを示し、6 ～ 7 日で 2 番目のピークを示しました。 さらに、SD は TBI 後の転帰の悪化と関連しています。

ニューロンと星状細胞を脱分極させ、局所皮質機能を数分から数時間混乱させる大規模な波からなるSDは、単一の硬膜下電極ストリップから得られたECoG記録を介して、重度のTBI患者で発生することが最初に実証されました。 これらの研究では、減圧および/または血腫除去のために脳神経外科的介入を受けた重度のTBI患者は、単一の線形硬膜下電極ストリップ(電極間の間隔が10mmの6つの電極)を損傷の震源地の近くに配置し、連続的なECoG記録を最大で取得できるようにしました。最初の損傷から 7 日後まで。 上記の研究とその後のいくつかの調査は、(1) 動物研究で最初に説明された SD 現象が TBI 後の患者で発生すること、および (2) SD が TBI 後の転帰の悪化と関連していることを実証するための重要なステップでした。

行われた進歩にもかかわらず、以前の研究では最大 7 日後に ECoG 記録が中止されました。 ただし、7 日間の記録期間は、TBI 後の SD の総負担を正確に特徴付けるには不十分である可能性が高く、以前の研究では、TBI 後 0 ～ 2 日前後の SD の初期のピーク期間とそれに続く相対的な静止期間、および 2 番目のピークが示されています。 TBI 後 7 日前後の SD 頻度の増加。 したがって、より長い録音期間は、TBI 後の SD の自然史をよりよく理解し、これらの病理学的イベントの開始に影響を与える生理学的および病態生理学的要因をより正確に理解できるようにします。

SDのすべての以前のECoG記録は、打撲した脳組織の近くの大脳皮質上に配置された電極の線形アレイからなる硬膜下電極ストリップに依存していました。 この録音戦略は、SD イベントをキャプチャするのに十分ですが、皮質表面の小さな領域を監視する機能を提供します。 小さな監視エリアは、以前の研究にいくつかの制限を課しました。 まず、CSD は、各記録電極接点の限られた距離内でキャプチャされます。 監視領域を超えて発生する CSD は記録されないため、以前の研究では、TBI 後の SD イベントの真の頻度を過小評価している可能性があります。 第二に、硬膜下ストリップの線形構成は、伝播の起源または方向を決定するための CSD 波に関する適切な空間情報を提供しません。 適切な分析技術と組み合わせたECoG記録の空間分解能の向上により、SD波の伝播の方向を決定し、SDが発生する病理学的病巣を特定できる可能性があります。 SD の発生場所を特定することで、これらの場所をイメージングと関連付けて、この病理学的現象を引き起こす構造的特徴と病理を特定することができます。

この研究の全体的な目標は、重度のTBIでこれらのCSDイベントを生成する重傷を負った脳のSDイベントと構造異常をより適切に定義するために、改善された記録戦略と分析手法を予備的に評価することです。 この目標を達成するために、この研究では、脳神経外科的介入を必要とする TBI 患者の他のいくつかの生理学的測定値の同時取得と組み合わせて、ECoG 活動の記録用の電極接点の 4x4 グリッドを生成するように配置された 4 つの硬膜下電極ストリップを利用します。

この研究の調査結果は、TBI 後の CSD イベントを監視し、これらのイベントを引き起こす特定のタイプの病理を特定する手段の重要な進歩を提供する可能性があります。 これは、TBI 患者の SD の頻度を低減または排除するための新しい介入の開発における重要な次のステップであり、重度の脳損傷後の罹患率と死亡率の増加につながる二次的脳損傷の程度です。

重度の脳損傷後の患者のケアが進歩したにもかかわらず、TBI は非常に高い罹患率と死亡率をもたらし続けています。 TBI 後の罹患率と死亡率を最小限に抑えるための効果的な治療法の開発は、最初の刺激的な外傷イベント後の二次損傷に寄与する要因の理解が根本的に欠如しているため、妨げられてきました。 CSD などの外傷性脳損傷後の二次性脳損傷のメカニズムと、病理学的事象のモニタリング方法をよりよく理解することにより、新しい治療法を開発する機会が増えるでしょう。 これは、重度の外傷性脳損傷後の CSD をよりよく特徴づけることを目的とした予備研究です。

硬膜下電極は、TBI および他の形態の脳損傷後の ECoG 活動を記録するために広く使用されています。 記録の侵襲的な形式を必要とするにもかかわらず、ECoG 活動は CSD イベントを監視する唯一の確立された手段のままです。 硬膜下電極を介した侵襲的神経モニタリングは、1930 年代に初めて実証され、てんかんモニタリングのために一般的に行われている神経外科手術であり続けています。 最近のレトロスペクティブ レビューでは、硬膜下電極の配置後に永続的な神経障害を経験している患者の 0.6% で、全体の合併症率は約 9.1% であることがわかりました.19 さらに、ミネソタ大学医療センターでは、硬膜下電極の配置に関連した単一の感染はありませんでした。 CSD イベントの検出を可能にすることに加えて、硬膜下電極は無症候性発作の識別を可能にするため、硬膜下電極記録を受ける患者に臨床的利益をもたらす可能性があります。

この研究に登録された被験者は、頭蓋切除術または開頭術の形で脳神経外科的介入を必要とする患者から選択されるため、硬膜下記録電極の配置のみのための侵襲的処置にさらされることはありません。 標準的な頭蓋切除術/開頭術の処置中に、硬膜が開かれて露出し、標準的な外科的処置への最小限の変更で硬膜下記録ストリップの配置が可能になります。 硬膜下ストリップが配置された後、リードは脳から離れるようにトンネリングされ、感染のリスクが最小限に抑えられます。 このアプローチには、調査期間が終了したときに、トンネル状のリードをベッドサイドで取り外すことができるという追加の利点があります。

ECoG 記録に加えて、ICP、脳組織の酸素化および温度、ならびに外部脳室ドレーン (EVD) の測定のための Licox ボルト (Integra Life Sciences、ニュージャージー州プレインズボロ) を含む、他の形態の侵襲的神経モニタリングが一部として配置されます。重症外傷性脳損傷に対する現在の標準治療の現状。

研究期間は、重度のTBIに続いて侵襲的神経モニタリングが臨床的に示されている限りです。 背景セクションで概説したように、CSD の以前の調査は 7 日間の記録期間の後に終了しました。 より短い記録期間は、重度のTBIに続くCSDの自然史の完全な理解、したがってこれらのイベントを生み出す病態生理学的要因の完全な理解を妨げている可能性があります。 ミネソタ大学では重篤な合併症が記録されていない 4 ～ 6 週間のてんかんモニタリングのために硬膜下記録が日常的に行われているため、記録期間を臨床的に示される侵襲的神経モニタリングの全期間に延長することによる追加のリスクは最小限に抑えられます。

ヘネピン郡医療センター (HCMC) は、中西部北部にサービスを提供する地域のレベル 1 外傷センターであり、ミネソタ大学神経外科レジデンシー プログラムのトレーニング サイトの 1 つです。 大規模な地域外傷センターとして、歴史的に、頭蓋切除術または開頭術の形で神経外科的介入を必要とする重度のTBI患者が大量に存在し、その後、臨床標準治療の一環として必要な長期の侵襲的神経モニタリングが必要になりました。 研究集団は、ホーチミン市の救急科、外傷室、または脳神経外科への直接転送として現れるすべての外傷患者から引き出されます。