大動脈弓手術における脳保護

大動脈弓手術は、生命を脅かす大動脈解離、弓を含む大動脈瘤、およびその他の大動脈病変の治療に使用されます。 この手順は、深い低体温循環停止下で行われます。 神経学的合併症は、たとえ生き延びたとしても、患者にとって有害で​​無力なものです。 1990 年代には、弓部大動脈手術後の脳卒中のリスクは 48% であり、深部の低体温循環停止を伴いました。 近年、脳卒中のリスクは待機的手術後に約 3% に、緊急大動脈弓修復後には 11% に大幅に減少しました。これは主に、現在の脳保護戦略の開発によるものです。 それにもかかわらず、脳卒中のリスクはかなり高く、患者の壊滅的な障害を伴い、入院期間が長くなり、生き残った患者の生活の質が低下します。

神経学的合併症は、NHS の医療制度に経済的負担がないわけではありません。 脳卒中で入院した 84,184 人の患者を分析した結果、英国における脳卒中患者の医療および社会的ケアの平均総費用は 1 年で 22,429 ポンドであり、この金額は 5 年で 46,039 ポンドに増加すると報告されています。 費用は、年齢や脳卒中の重症度に応じて増加します (図 1)。

脳波 (EEG) と脳オキシメトリーは現在、脳虚血の監視に使用されているモダリティですが、早期の脳虚血を検出することはできません。 EEG は表在皮質領域からのデータのみを処理します。 また、麻酔薬、神経筋遮断薬、その他の術中因子の影響も受けます。 脳オキシメトリは、近赤外分光法 (NIRS) を使用して、前頭皮質における大脳の局所酸素飽和度を監視します。 神経学的事象の予測値は弱く、オキシメトリの最適な閾値を裏付けるデータはありません。 さらに、分光測定と脳卒中の間に関連性はありません。 監視のための最新の新興イメージング モダリティは、経頭蓋ドップラー超音波です。 これはオペレーターに依存し、画像は通常、小さなトランステンポラル ウィンドウから取得されます。 中大脳動脈などの頭蓋動脈の速度を測定しますが、大規模な研究ではまだ検証されていません。 これらの監視モダリティの制限により、脳保護の妥当性が疑問視されることがよくあります。

脳は低酸素血症に対して非常に敏感な臓器であり、混合静脈酸素飽和度を使用して、心臓の右側に戻る血液を測定することにより、体内の酸素供給と使用量を推定できます。 混合静脈飽和度は、心拍出量、呼吸と酸素化、周術期の組織代謝など、多くの要因の影響を受けます。 ポンプ流量と代謝率がかなり一定であるため、術中、心肺バイパス中の全体的な酸素供給のより具体的なマーカーとして機能する可能性があります。

あるいは、S100B タンパク質、ニューロン特異的エノラーゼ、グリア線維タンパク質 (GFAP) などの特定のタンパク質を監視することもできます。 それらは、脳損傷後に脳脊髄液 (CSF) および血液に放出されます。 それらの濃度は、脳損傷の程度と相関し、有害な臨床転帰を予測します。 ただし、S100B とニューロン特異的エノラーゼは、臨床症状の発症から 6 時間経過した後でも、脳卒中を正確に診断することはできません。 さらに、彼らの測定結果には少なくとも 2 時間かかる可能性があり、心肺バイパスの使用により測定の信頼性も低下します。 したがって、大動脈手術の超急性設定での適用性は非常に限られています。

一方、GFAP とユビキチン カルボキシ末端加水分解酵素 L1 (UCH-L1) は、急性期の脳損傷の新たなバイオマーカーとして説明されています。 ELISA アッセイを使用した従来の GFAP 測定では、特に血中の低レベルの GFAP を確実に検出することはできません。 しかし、血液中の GFAP と UCH-L1 レベルを測定するためのポータブル ポイント オブ ケア デバイスが導入されて以来、これらはわずか 10 ～ 15 分で測定できるようになりました。 これにより、弓部大動脈手術における脳虚血の早期発見のためのバイオマーカーとしての GFAP の役割をさらに探求する道が開かれました。

最近の研究では、代謝バイオマーカーの役割が評価されています。マイクロダイアリシス法を使用した、心臓手術におけるグルコース、ピルビン酸、乳酸、グルタミン酸、およびグリセロール。 バイオ マーカーの従来の分析はほぼリアルタイムで困難ですが、マイクロダイアリシス法を使用して実現可能です。 それは検証されており、30 年以上にわたって臨床で使用されています。 微小透析システムは、間質腔に配置された半透膜を備えた小さなカテーテルで構成され、生理食塩水がカテーテル内で絶えず灌流され、溶質の一部が間質腔から濃度勾配に沿って微小透析カテーテルに拡散できるようにします。 次いで、透析液をバイオマーカーの濃度について分析することができる。

バイオ マーカー (グルコース、ピルビン酸、乳酸、グルタミン酸、およびグリセロール) の選択は、マイクロダイアリシス法および心臓手術におけるバイオ マーカーに関する以前の研究の市販の分析能力に大きく依存しています。 ブドウ糖は脳の唯一の燃料です。 解糖経路で分解されてピルビン酸が生成され、トリカルボン酸回路を介した酸化的代謝によってミトコンドリアで使用されます。 酸素が存在しない場合、ピルビン酸は、嫌気性解糖の乳酸脱水素酵素反応によって乳酸に変換されます。 乳酸対ピルビン酸比の増加は、差し迫った脳損傷の非常に敏感なバイオマーカーであることが示されています。 脳内の主要な興奮性神経伝達物質として作用するグルタミン酸は、外傷、さまざまな脳病変、および脳卒中などの虚血性イベントの後に過剰に放出され、興奮毒性損傷および神経細胞死につながります。 グリセロールは、虚血性細胞損傷後のリン脂質細胞膜分解の高感度マーカーでもあることが知られています。 ほぼリアルタイムのマイクロダイアリシス法を使用したバイオマーカーの検出は、神経学的合併症を防ぐために大動脈手術中に優れた脳監視システムを開発する有望な方法です。