心停止後の低酸素性虚血性脳損傷の病態生理学的表現型の区別 (DIFFUSION)

目的: 拡散依存性と灌流依存性を示す低酸素性虚血性脳損傷患者を区別する方法を開発する。 第二に、酸素送達の拡散制限の原因となる根本的なメカニズムを調査すること。

仮説:

1. PD 患者は、低炭酸ガス換気中に CBF が減少すると O2EF の増加を示しますが、DL 患者は O2EF の変化が最小限であり、拡散性 O2 輸送障害の存在を示します。
2. 血清脳バイオマーカーは、DL 対 PD の方が大きく、BBB 透過性、グリアおよび軸索損傷を示します。
3. DL患者とPD患者では乳酸/ピルビン酸比が増加し、ミトコンドリア機能不全を示します。
4. 臨床神経学的転帰は、PD と比較して DL 患者の方が悪化します。
5. DL 患者では、動脈循環と比較して、頚静脈球におけるマクロファージおよび関連する循環免疫細胞の割合が減少します。

理由:

この研究プロジェクトは、低酸素性虚血性脳損傷 (HIBI) の病態生理学的表現型を前向きに区別し、根底にあるメカニズムを描写し、関連する臨床転帰を決定することを目的としています。 カナダでは、年間約 40,000 人が心停止に陥っています。 心停止後の結果として生じる脳障害である HIBI は、心停止後の有害転帰の主な決定要因であり、良好な神経学的転帰を経験する患者は 5 ～ 15% のみです。 残りの HIBI 生存者は重大な神経精神医学的後遺症を経験する可能性があり、多額の医療費がかかる可能性があります (患者 1 人あたり年間約 16 万ドル)。 このような悲惨な結果を考慮すると、結果を改善する大きな機会が存在します。

HIBI の病態生理学は、循環停止中の一次虚血損傷と自発循環再開後の二次損傷 (ROSC) を特徴としています。 この二次的傷害は主に、蘇生後の脳への酸素供給（CDO2）が不十分であることに起因します。 CDO2 は脳血流量 (CBF) に依存し、CBF は脳灌流圧 (CPP) [平均動脈圧 (MAP) - 頭蓋内圧 (ICP)] に比例します。 HIBI 病態生理学の大部分が低正常 ICP によって特徴付けられることを考えると、救命救急現場における CDO2 全体の主な生理学的決定因子は MAP です。

観察研究では、低血圧 (MAP および CBF の低下) と神経学的有害な転帰が関連付けられています。 しかし、均一な MAP 増強のランダム化対照試験では、臨床的または生物学的有効性を実証できませんでした。 蘇生後の期間における MAP の最適化の認識された重要性と臨床効​​果の欠如との間のこの矛盾は、HIBI の病態生理学の理解に不足しているギャップが存在する可能性を示唆しています。 均一な MAP 増強の単純化したアプローチでは、酸素が脳毛細血管床に送達されると、正常な酸素拡散が血液脳関門 (BBB) を越えて起こり、正常な細胞酸素利用が神経細胞の好気性代謝で最高潮に達すると仮定しています。 脳の代謝恒常性は、対流による酸素の送達、BBB全体の拡散、およびミトコンドリアによる正常な細胞利用の統合を前提としています。 言い換えれば、CBFとCDO2を増やすと脳により多くの酸素が供給されますが、この戦略は酸素カスケードの1つの構成要素にのみ対処し、酸素の拡散と利用の重要な役割を無視します。 最近、私たちの研究グループは、侵襲的な神経モニタリングによる目標指向の管理にもかかわらず、HIBI 患者は脳低酸素症の重大な負担を経験し続けていることを実証しました。 事後分析において、我々は酸素送達の拡散限界（DL）を示すHIBI患者のサブセットにおける独特の病態生理学的表現型を実証した。 この例では、脳毛細血管床への対流 CDO2 を最適化したにもかかわらず、患者の実質組織への酸素の拡散が阻害されました。 HIBI におけるこの所見を裏付ける正確な病態生理学的メカニズムは不明です。 逆に、このセンチネルの研究は、HIBI 患者の他のサブセットが全身灌流に依存して実質への無傷の酸素拡散を示したことも実証しました。 HIBI のこれら 2 つの異なる病態生理学的表現型 (拡散制限 [DL] と灌流依存性 [PD]) は、蘇生後のケアに重要な意味を持ちますが、重要な研究上の疑問が残っています。 具体的には、これらの表現型を前向きに確認し、DLを支えるメカニズムを明らかにし、DLとPDの間の臨床転帰を調査することが非常に重要です。

DL における炎症と二次損傷: 根底にある二次損傷の正確なメカニズムと拡散制限へのその寄与は不明です。 最近、私たちの研究グループは、脳低酸素症と拡散制限を示す HIBI 患者の脳実質/神経血管単位からのインターロイキン 6 の正味放出を実証しました。 重要な炎症促進性サイトカインであるインターロイキン 6 は、炎症カスケードの開始、白血球の放散、マクロファージの活性化、および追加の下流炎症性メディエーターの放出に関与しています。 この調節不全の免疫反応が最高潮に達すると、ニューロンの機能不全、アポトーシス、細胞死が引き起こされます。 したがって、HIBI におけるこの調節不全の炎症カスケードに関与する免疫細胞のサブタイプの割合を理解することは、脆弱な神経組織を保存するために炎症カスケードを調節することを目的とした治療法の開発に不可欠です。

目的:

目的 1 (主要結果): 低炭酸ガス換気による CBF の減少に伴って起こる酸素抽出率 (O2EF) の変化を定量化することにより、HIBI 患者における DL 対 PD の存在を確認すること。

目的 2 (副次的結果): DL と PD の HIBI 患者における血清脳バイオマーカーの違いを比較すること。

目的 3 (副次的結果): DL と PD の HIBI 患者における乳酸/ピルビン酸比の違いを比較すること。

目的 4 (三次転帰): DL と PD の HIBI 患者における神経学的臨床転帰の違いを比較すること。

目的 5 (三次結果): DL 患者の動脈球と頸静脈球の位置間で循環免疫細胞 (マクロファージ) とまれなサブタイプの割合の違いを比較すること。

研究デザイン: これは前向きの観察研究になります。 研究の概要: この研究はバンクーバー総合病院で実施されます。 インフォームド・コンセントは代理の意思決定者から取得されます。 1日目に神経モニタリングが開始され、血液ガス分析と血清脳バイオマーカーの定量化のために動脈および頸静脈球の血液が収集され、微小透析測定が1時間ごとに行われます。 動脈サンプリングは、通常のケアの一環として配置された動脈ラインから行われます。 頸静脈球のサンプリングは、この研究の目的のために特別に配置された頸静脈カテーテルから行われます。 さらに、PvO2-PbtO2 勾配の両方を定量化し、低炭酸ガス換気テストを実施して灌流と O2EF の関係を決定します。 2日目と3日目には神経モニタリングが継続され、1時間ごとの微量透析とともに血清バイオマーカーと血液ガス分析用の血液が再び採取されます。 3日目以降は、主治医の要請に応じて神経モニタリングを解除します。 通常のケアの一環として実行される CT および MRI イメージングは​​、虚血負荷について分析されます。 生存者の臨床転帰は6か月後に収集されます。

統計的考察。 サンプルサイズ。 線形混合モデルのサンプル サイズの計算を近似するために、対応のある t 検定が使用されました。 DL と PD を区別するために、Menon et al. PD と DL の患者の間では、低炭酸ガス血症への曝露による O2EF の変化に約 10% の差があることがわかりました (15% [SD 7] 対 5% [SD 4]、p = 0.03)。 O2EF の差が 10%、差の標準偏差が 9 であると仮定し、アルファ 0.05 および望ましい検出力 0.80 を仮定すると、サンプル サイズは 28 人の患者 (G*Power) となります。 3日間のモニタリングが完了する前の早期死亡を考慮して、40人の患者を募集します。 コホート全体の約 50% が DL、50% が PD と定義されているという以前の分布を考慮すると、各グループに少なくとも 14 人の患者が含まれると予測します。 当施設での心停止後の HIBI での侵襲性神経モニタリングのために 12 か月で 12 人の患者を採用するという以前の採用率を考慮すると、このサンプルサイズは 3 年以内に容易に達成できるでしょう。 分析計画: 離散変数は頻度とパーセンテージによって要約されます。 データに偏りがある場合、連続変数は平均 (SD) または平均 (P10、P90) によって要約されます。 P 値 <0.05 は統計的に有意であるとみなします。

1. 目的 1: DL と PD の存在を確認するために、低炭酸ガス換気中の両方の研究グループにおける O2EF の変化の違いを調べます。 この分析は、DL 患者と PD 患者の間の低炭酸ガス血症に続発する O2EF の変化について、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して実行されます。 O2EF を使用して DL および PD を非侵襲的に測定する能力と、侵襲的な PbtO2-PvO2 勾配法の能力を比較します。 この分析は、受信事業者の特性分析とともに行われます。
2. 目的 2: DL 患者と PD 患者の間の血清脳バイオマーカー濃度の違いを、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して検査します。
3. 目的 3: DL 患者と PD 患者の間の微小透析による乳酸 / ピルビン酸比の違いを、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して検査し、ミトコンドリア機能不全を評価します。
4. 目的 4: DL 患者と PD 患者の間の 6 か月後の臨床神経学的結果 (BTACT および CPC) と生活の質の結果 (EuroQol-5) の違いを、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して検査します。
5. 目的 5: DL 患者の動脈球と頸静脈球の位置間の循環免疫細胞 (マクロファージ) とまれなサブタイプの割合の違いを、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して検査します。
6. 探索的結果分析: 頭部 CT (ASPECTS スコア) と脳 MRI (拡散強調画像上の 650 x 106 mm/s 未満の見かけの拡散係数マッピング上の白質高信号の体積およびボクセルの割合) における虚血負荷の違い。グループは、独立したサンプルの両側 t 検定を使用して検査されます。

性別に基づく分析: HIBI の病態生理学についての理解は依然として限られているため、性別に関連した違いが存在するかどうかは不明です。 その結果、性差の評価は現在の研究の主要な成果ではないが、将来の研究と仮説生成に情報を提供することを目的とした探索的分析が含まれることになる。 私たちの ICU では、過去 3 年間、心停止後 HIBI で入院した患者の割合は、男性が約 60%、女性が 40% でした。 現在の研究では、男性と女性の比率が同様である可能性があります。 すべてのデータは、すべての患者および各患者グループ内で性別によって階層化されます。 各患者グループ内 (DL 対 PD) の男性と女性の間の差異は、独立したサンプルの t 検定で評価されます。 患者グループ*性別の交互作用項を使用した線形混合効果モデル分析 (固定因子: 患者グループと性別、ランダム因子: 被験者) も実行されます。 重大な影響を検出するには能力が不十分である可能性がありますが、これらの層別データとそれに関連する統計出力は、原稿と一緒にデータ補足として報告され、出版される予定です。 ただし、重大な影響はメインの原稿ドキュメントに含まれます。