Postoperatieve systemische ontsteking en neuro-immuuninteracties (POSINI)

Chirurgisch trauma veroorzaakt het vrijkomen van schade-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP's) en andere alarmen (bijv. high mobility group box (HMGB-1)) gericht op receptoren op lokale cellen van het aangeboren immuunsysteem, zoals macrofagen. Deze cellulaire respons op trauma wordt gevolgd door een snelle afgifte van een reeks ontstekingsmediatoren (bijv. tumornecrosefactor alfa (TNFa), interleukine (IL)-1B, IL-6, IL-8, IL-10) afhankelijk van intracellulaire activatie van nucleaire factor nucleaire factor kappa beta (NF-kB). Tot voor kort werd aangenomen dat de hersenen beschermd zijn tegen deze cascade van ontstekingsmediatoren, voornamelijk dankzij een intacte bloed-hersenbarrière (BBB). Er is nu echter een groeiend aantal bewijzen dat aantasting van hersenfuncties op lange termijn verband houdt met door trauma veroorzaakte activering van het aangeboren immuunsysteem van de hersenen met daaropvolgende aantasting van hogere cognitieve processen en het risico op latere permanente dementie. Toch wordt het verband tussen systemische ontsteking en cognitieve stoornissen niet volledig begrepen.

Een recente studie heeft periferie-naar-hersen-signalering na chirurgisch trauma en de impact van groot chirurgisch trauma op het menselijk brein in kaart gebracht door middel van seriële positronemissietomografie (PET) -beeldvorming. Bij een reeks chirurgische patiënten zijn ingrijpende en bifasische veranderingen in de immuunactiviteit van de hersenen na een operatie aangetoond na een grote buikoperatie met tekenen van vroege depressie gevolgd door een verhoogde immuunactiviteit drie maanden na de operatie. Deze bifasische veranderingen in de immuniteit van de hersenen lijken overeen te komen met gelijktijdige veranderingen in de immuunreactiviteit van volbloed op lipidepolysaccharide (LPS), wat wijst op een nauw verband tussen de hersenen en het perifere immuunsysteem bij de regulering van acute ontsteking en immuunresponsen. Preklinisch werk in chirurgische diermodellen wijst op verstoring van de BBB met migratie van perifere macrofagen naar de hersenen als een pad van potentieel belang. Bewijs van een orthopedisch chirurgiemodel bij muizen van door trauma veroorzaakte veranderde hippocampale neuro-immuunactiviteit roept verder de vraag op of perifere markers van neurodegeneratie S100b, neurofilament light (NFL), ptau, beta-amyloid) geassocieerd zijn met postoperatieve cognitieve disfunctie (POCD) .

De immuunregulerende rol van de hersenen via de cholinerge anti-inflammatoire reflexroute (gemedieerd door de nervus vagus) is geïdentificeerd als potentieel doelwit voor immuunmodulerende behandelingsstrategieën bij systemische ontsteking. We hebben bovendien een duidelijke afgifte aangetoond van inflammatoire mediatoren van het menselijke halsslagaderlichaam bij hypoxie en genexpressie gerelateerd aan ontstekingsmediatoren, wat een mogelijke rol suggereert van het menselijke halsslagaderlichaam in immuunsignalering van periferie naar hersenen. Modulatie van een van de vagale zenuw afgeleide ontstekingsreflexroute door elektrische stimulatie is onlangs met succes toegepast bij de behandeling van chronische ontsteking bij patiënten met reumatoïde artritis.

De hypothese is dat vagale zenuwactiviteit systemische ontsteking moduleert bij patiënten na een grote operatie en dat deze modulatie geassocieerd is met cognitieve prestaties in de postoperatieve periode.

Met een beter begrip van immuun-naar-hersensignalering na chirurgisch trauma en hoe dit bifasische ontstekingsreactiepatroon wordt gereguleerd door cellulaire en neuronale componenten, kan de impact van immuunmodulatie op sleutelprocessen achter door chirurgie veroorzaakte hersendisfunctie worden onderzocht, en mogelijk neurale en humorale doelwitten voor relevante ontstekingsremmende behandelingen vastgesteld.