심한 외상성 뇌 손상 후 피질 확산 탈분극

이 연구의 목표는 중증 외상성 뇌 손상(TBI)에서 이차 손상의 메커니즘으로서 피질 확산 탈분극(CSD)에 대한 이해를 높이는 것입니다. TBI의 치료 발전에 대한 주요 장애물은 원인, 중증도, 병리생리학 및 치료 대상의 부족 측면에서 이질성입니다. 현재로서는 초기 외상 손상 동안 손상되거나 손실된 뇌 조직의 기능을 되돌리거나 복원하기 위한 개입이 없습니다. 따라서 치료 초점은 초기 뇌 손상의 확장을 초래하는 이차 손상을 최소화하는 데 집중됩니다.

지난 몇 년 동안 심각한 TBI 후 2차 부상의 잠재적인 메커니즘에 대한 이해가 크게 발전했습니다. 이것은 심각한 TBI가 초기 부상의 심각성을 크게 증가시키는 것으로 생각되고 이러한 유형의 부상이 후속 부상 심각성을 약화시키기 위한 개입에 열려 있는 것으로 생각된 후 2차 부상으로서 중요한 작업입니다. 중증 TBI 후 2차 손상의 추정 메커니즘 중 CSD 사건과 중증 TBI 후 더 나쁜 결과 사이에 관계가 있음이 최근에 입증되었습니다. 따라서 TBI 발생 후 CSD의 시작 및 빈도에 영향을 미치는 요인에 대한 보다 철저한 이해는 이러한 사건이 발생하는 것을 줄이거나 차단하는 치료 전략을 개발하기 위해 보증됩니다.

젊은이들에서 TBI는 선진국에서 이환율과 사망률의 주요 원인입니다. TBI는 매년 약 250만 명이 영향을 받는 미국에서 우발적인 부상의 빈번한 후유증이며, 그 중 약 10%는 종종 중환자실에서 장기 입원이 필요합니다. 매년 미국에서 약 275,000건(15.1%)의 병원 입원과 52,000건의 사망이 TBI로 인한 것입니다. 초기 모욕에서 살아남은 사람들은 변함없이 신경학적 집중 치료실(ICU)에 장기 체류, 가능한 신경외과적 개입 및 장기간의 급성기 이후 지지 요법에 직면합니다. 미국에서는 530만 명이 TBI로 인해 장기적인 장애를 안고 살고 있는 것으로 추정됩니다.

심각한 TBI에 수반되는 의료 서비스의 복잡성과 기간을 감안할 때 TBI와 관련된 치료 비용은 엄청납니다. 2010년 TBI 관련 입원에 대한 총 병원비는 214억 달러로 추정됩니다. 병원비 외에도 TBI로 인해 미국 경제에 매년 765억 달러의 비용이 발생하며 장애 및 생산성 손실 비용이 급성 의료 및 재활 비용보다 더 큰 것으로 추정됩니다.

1944년에 처음 기술된 이후 확산 탈분극(SD)은 수많은 동물 연구에서 허혈성 뇌졸중, 지주막하 출혈(SAH) 및 외상성 뇌 손상 후 이차 뇌 손상의 메커니즘으로 입증되었습니다. SD는 또한 TBI, SAH 및 허혈성 뇌졸중과 같은 급성 뇌 손상 후 환자의 인간 뇌의 대뇌 회백질에서 발생하는 것으로 입증되었습니다. 현재까지 TBI 후 500명 이상의 환자에 대한 ECoG(electrocorticography) 모니터링은 SD가 초기 부상 후 수일에서 수주 동안 개인의 55-90%에서 발생하는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 TBI 후 1-2일에 SD 빈도의 초기 피크와 6-7일에 두 번째 피크를 입증했습니다. 또한 SD는 TBI 후 더 나쁜 결과와 관련이 있습니다.

뉴런과 성상세포를 탈분극시키고 국소 피질 기능을 몇 분에서 몇 시간 동안 방해하는 거대한 파동으로 구성된 SD는 단일 경막하 전극 스트립에서 얻은 ECoG 기록을 통해 심각한 TBI 환자에서 발생하는 것으로 처음 입증되었습니다. 이 연구에서 감압 및/또는 혈종 대피를 위해 신경외과적 중재를 받은 중증 TBI 환자는 손상 진원지 근처에 단일 선형 경막하 전극 스트립(전극 사이의 간격이 10mm인 6개의 전극)을 배치하여 최대 100%까지 지속적인 ECoG 기록을 얻을 수 있었습니다. 최초 부상 후 7일까지. 위의 연구와 여러 후속 조사는 (1) 동물 연구에서 처음 설명된 SD 현상이 TBI 후 환자에서 발생하고 (2) SD가 TBI 후 더 나쁜 결과와 관련이 있음을 입증하는 중요한 단계였습니다.

이루어진 발전에도 불구하고 이전 연구는 최대 7일 후에 ECoG 녹음을 중단했습니다. 그러나 7일 기록 기간은 이전 작업이 TBI 후 약 0-2일 후에 SD의 초기 피크 기간을 보여주고 상대적 정지 기간과 두 번째 피크를 보여주기 때문에 TBI 다음 SD의 총 부담을 정확하게 특성화하기에는 부적절할 수 있습니다. TBI 후 약 7일째 SD 빈도 증가. 따라서 기록 기간이 길수록 TBI 후 SD의 자연사를 더 잘 이해할 수 있으며 이러한 병리학적 사건의 시작에 영향을 미치는 생리학적 및 병리생리학적 요인을 더 정확하게 이해할 수 있습니다.

SD의 모든 이전 ECoG 기록은 타박상이 있는 뇌 조직 근처의 대뇌 피질 위에 배치된 선형 전극 배열로 구성된 경막하 전극 스트립에 의존했습니다. 이 녹음 전략은 SD 이벤트를 캡처하는 데 적합하지만 피질 표면의 작은 영역을 모니터링할 수 있는 기능을 제공합니다. 작은 모니터링 영역은 이전 연구에 몇 가지 제한 사항을 부과했습니다. 첫째, CSD는 각 기록 전극 접점의 제한된 거리 내에서 캡처됩니다. 모니터링 영역을 넘어 발생하는 CSD는 기록되지 않으므로 이전 연구는 TBI 후 SD 이벤트의 실제 빈도를 과소 평가할 가능성이 있습니다. 둘째, 경막하 스트립의 선형 구성은 전파의 기원 또는 방향을 결정하기 위한 CSD 파동에 관한 적절한 공간 정보를 제공하지 않습니다. 적절한 분석 기술과 함께 ECoG 기록의 향상된 공간 해상도를 통해 SD 파동 전파의 방향을 결정하고 SD가 발생하는 병리학적 병소를 식별할 수 있습니다. SD가 발생하는 위치를 식별하면 이러한 위치를 이미징과 연관시켜 이 병리학적 현상을 일으키는 구조적 특성과 병리를 결정할 수 있습니다.

이 연구의 전반적인 목표는 중증 TBI에서 이러한 CSD 사건을 생성하는 중증 손상 뇌의 SD 사건 및 구조적 이상을 더 잘 정의하기 위해 개선된 기록 전략 및 분석 기술을 예비적으로 평가하는 것입니다. 이 목표를 달성하기 위해 이 연구는 신경외과적 개입이 필요한 TBI 환자의 여러 다른 생리적 측정의 동시 획득과 함께 ECoG 활동을 기록하기 위한 전극 접촉의 4x4 그리드를 생성하도록 배열된 4개의 경막하 전극 스트립을 활용할 것입니다.

이 연구 결과는 TBI 후 CSD 사건을 모니터링하고 이러한 사건을 일으키는 특정 유형의 병리를 식별하는 수단에서 중요한 발전을 제공할 수 있습니다. 이것은 TBI 환자에서 SD의 빈도를 줄이거나 제거하기 위한 새로운 개입 개발의 중요한 다음 단계가 될 것이며 따라서 심각한 뇌 손상 후 더 큰 이환율과 사망률로 이어지는 이차 뇌 손상의 정도가 될 것입니다.

심각한 뇌 손상 후 환자 치료에 있어 진보가 이루어졌음에도 불구하고 TBI는 계속해서 매우 높은 이환율과 사망률을 부여합니다. TBI 후 이환율과 사망률을 최소화하기 위한 효과적인 치료법의 개발은 초기 선동적인 외상성 사건 이후 2차 상해에 기여하는 요인에 대한 근본적인 이해 부족으로 인해 방해를 받았습니다. CSD와 같은 TBI 후 이차 뇌 손상의 메커니즘과 병리학적 사건을 모니터링하는 방법을 더 잘 이해함으로써 새로운 치료법을 개발할 수 있는 더 많은 기회가 있을 것입니다. 이것은 심각한 TBI 후 CSD를 더 잘 특성화하는 것을 목표로 하는 예비 연구입니다.

경막하 전극은 TBI 및 기타 형태의 뇌 손상 후 ECoG 활동을 기록하기 위해 광범위하게 사용되었습니다. 침습적 형태의 기록이 필요함에도 불구하고 ECoG 활동은 CSD 이벤트를 모니터링하는 유일한 확립된 수단으로 남아 있습니다. 경막하 전극을 통한 침습적 신경 모니터링은 1930년대에 처음 시연되었으며 간질 모니터링을 위해 일반적으로 수행되는 신경외과적 시술입니다. 최근 후향적 검토에서는 경막하 전극 배치 후 영구적인 신경학적 결손을 경험하는 환자의 0.6%와 함께 약 9.1%의 전체 합병증 발생률을 발견했습니다.19 또한 미네소타 대학 의료 센터에서 경막하 전극 배치와 관련된 단일 감염이 없었습니다. 경막하 전극은 CSD 사건을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 무증상 발작을 식별할 수 있으므로 경막하 전극 기록을 받는 환자에게 임상적 이점을 제공할 수 있습니다.

이 연구에 등록된 피험자는 두개골 절제술 또는 개두술 형태의 신경외과적 개입이 필요한 환자 중에서 선택되므로 경막하 기록 전극의 배치만을 위한 침습적 절차에 노출되지 않습니다. 표준 두개골 절제술/개두술 절차 중에 경막이 노출되어 표준 수술 절차에 대한 최소한의 수정으로 경막하 기록 스트립을 배치할 수 있습니다. 경막하 스트립을 배치한 후 리드가 뇌에서 멀리 빠져나가 감염 위험을 최소화하도록 터널링됩니다. 이 접근법은 연구 기간이 끝나면 침상 옆에서 터널링된 리드를 제거할 수 있다는 추가적인 이점이 있습니다.

ECoG 기록 외에도 ICP, 뇌 조직 산소화 및 온도 측정을 위한 Licox 볼트(Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey)를 포함한 다른 형태의 침습적 신경 모니터링과 외부 심실 배출(EVD)이 일부로 배치됩니다. 중증 TBI에 대한 현재 치료 표준 치료.

연구 기간은 중증 TBI 후 침습적 신경 모니터링이 임상적으로 지시되는 한 길 것입니다. 배경 섹션에 설명된 대로 CSD에 대한 이전 조사는 7일의 기록 기간 후에 종료되었습니다. 더 짧은 기록 기간은 심각한 TBI에 따른 CSD의 자연사에 대한 완전한 이해를 방해했을 가능성이 높으므로 이러한 사건을 생성하는 병리생리학적 요인에 대한 완전한 이해를 방해했습니다. 미네소타 대학교에서 문서화된 심각한 합병증 없이 4-6주 동안 간질 모니터링을 위해 경막하 기록이 일상적으로 수행되기 때문에 기록 기간을 임상적으로 표시된 침습적 신경 모니터링의 전체 기간으로 연장하는 데 따른 추가 위험은 최소화됩니다.

Hennepin County Medical Center(HCMC)는 중서부 북부 지역에 서비스를 제공하는 지역 레벨 1 외상 센터이며 University of Minnesota 신경외과 레지던트 프로그램을 위한 교육 장소 중 하나입니다. 대규모 지역 외상 센터로서 역사적으로 치료의 임상 표준의 일부로 필요한 후속 장기간 침습적 신경 모니터링과 함께 두개골 절제술 또는 개두술의 형태로 신경외과적 개입이 필요한 심각한 TBI 환자가 많이 있었습니다. 연구 모집단은 HCMC 응급실, 트라우마 베이 또는 신경외과로 직접 이송되는 모든 트라우마 환자로부터 추출됩니다.