Corticale verspreiding van depolarisatie na ernstig traumatisch hersenletsel

Het doel van deze studie is om ons begrip van corticale spreidende depolarisaties (CSD's) als een mechanisme van secundair letsel bij ernstig traumatisch hersenletsel (TBI) te verbeteren. De belangrijkste obstakels voor het bevorderen van de behandeling van TBI zijn de heterogeniteit in termen van oorzaak, ernst, pathofysiologie en het gebrek aan therapeutische doelen. Op dit moment is er geen interventie om de functie van hersenweefsel dat beschadigd of verloren is gegaan tijdens de eerste traumatische aanval ongedaan te maken of te herstellen; daarom is de therapeutische focus gericht op het minimaliseren van secundaire beledigingen die resulteren in uitbreiding van het initiële hersenletsel.

De afgelopen jaren zijn er aanzienlijke vorderingen gemaakt in het begrip van mogelijke mechanismen van secundair letsel na ernstig TBI. Dit is belangrijk werk, aangezien wordt aangenomen dat secundair letsel na ernstig TBI de ernst van het aanvankelijke letsel aanzienlijk verhoogt en men denkt dat dit type letsel openstaat voor interventies om de daaropvolgende ernst van het letsel te verminderen. Onder de vermeende mechanismen van secundair letsel na ernstig TBI, werd onlangs aangetoond dat er een verband bestaat tussen CSD-gebeurtenissen en slechtere resultaten na ernstig TBI. Daarom is een beter begrip van de factoren die de initiatie en frequentie van CSD's na TBI beïnvloeden gerechtvaardigd om therapeutische strategieën te ontwikkelen om deze gebeurtenissen te verminderen of te voorkomen.

Bij jonge mensen is TBI de belangrijkste oorzaak van morbiditeit en mortaliteit in ontwikkelde landen. TBI is een veel voorkomend gevolg van letsel door een ongeval in de VS met ongeveer 2,5 miljoen getroffen mensen per jaar, van wie ongeveer 10% een langdurige ziekenhuisopname nodig heeft, vaak op een intensive care-afdeling. Elk jaar zijn ongeveer 275.000 (15,1%) ziekenhuisopnames en 52.000 sterfgevallen in de VS te wijten aan TBI. Degenen die de eerste belediging overleven, worden steevast geconfronteerd met een langdurig verblijf op een neurologische intensive care (ICU), mogelijke neurochirurgische interventie en een langdurige periode van postacute ondersteunende zorg. In de VS leven naar schatting 5,3 miljoen mensen met een langdurige handicap als gevolg van TBI.

Gezien de complexiteit en de duur van de medische zorg die gepaard gaat met ernstige TBI, volgt hieruit dat de kosten van de zorg in verband met TBI immens zijn. Naar schatting bedroegen de totale ziekenhuiskosten voor TBI-gerelateerde opnames in 2010 $ 21,4 miljard. Afgezien van de ziekenhuiskosten, wordt geschat dat TBI de Amerikaanse economie jaarlijks $ 76,5 miljard kost, waarbij de kosten voor invaliditeit en verloren productiviteit zwaarder wegen dan die van acute medische zorg en revalidatie.

Sinds hun eerste beschrijving in 1944 werden verspreidende depolarisaties (SD's) vervolgens in talrijke dierstudies aangetoond als een mechanisme van secundair hersenletsel na ischemische beroerte, subarachnoïdale bloeding (SAH) en traumatisch hersenletsel. Er is ook aangetoond dat SD's voorkomen in de cerebrale grijze massa van het menselijk brein bij patiënten na acuut hersenletsel zoals TBI, SAH en ischemische beroerte. Tot op heden heeft elektrocorticografie (ECoG) monitoring van meer dan 500 patiënten na TBI aangetoond dat SD's voorkomen bij 55-90% van de personen gedurende dagen tot weken na het eerste letsel. Deze onderzoeken hebben een eerste piek in SD-frequentie aangetoond op 1-2 dagen na TBI en een tweede piek op 6-7 dagen. Bovendien worden SD's geassocieerd met slechtere resultaten na TBI.

SD's die bestaan ​​uit enorme golven die neuronen en astrocyten depolariseren en de lokale corticale functie gedurende minuten tot uren verstoren, werden voor het eerst aangetoond bij ernstige TBI-patiënten via ECoG-opnamen verkregen van enkele subdurale elektrodestrips. In deze onderzoeken werden bij patiënten met ernstig TBI die een neurochirurgische ingreep voor decompressie en/of hematoomevacuatie ondergingen, een enkele lineaire subdurale elektrodestrip (zes elektroden met een tussenruimte van 10 mm tussen de elektroden) geplaatst nabij het epicentrum van de verwonding, waardoor continue ECoG-opnamen konden worden gemaakt voor maximaal tot 7 dagen na het eerste letsel. De bovenstaande onderzoeken en verschillende daaropvolgende onderzoeken waren belangrijke stappen om aan te tonen dat (1) de SD-verschijnselen, die voor het eerst werden beschreven in dierstudies, optreden bij patiënten na TBI en (2) SD's worden geassocieerd met een slechter resultaat na TBI.

Ondanks de vorderingen die zijn gemaakt, stopten eerdere onderzoeken met ECoG-opnamen na maximaal 7 dagen. Een opnameperiode van 7 dagen is echter waarschijnlijk onvoldoende om de totale last van SD's na TBI nauwkeurig te karakteriseren, aangezien eerder werk een vroege piekperiode van SD's rond 0-2 dagen na TBI aantoont, gevolgd door een relatieve rustige periode en vervolgens een tweede piek van verhoogde SD-frequentie ongeveer 7 dagen na TBI. Daarom zal een langere opnameperiode een beter begrip geven van de natuurlijke geschiedenis van SD's na TBI en een nauwkeuriger begrip mogelijk maken van de fysiologische en pathofysiologische factoren die het begin van deze pathologische gebeurtenissen beïnvloeden.

Alle eerdere ECoG-opnamen van SD's waren gebaseerd op subdurale elektrodestrips die bestaan ​​uit een lineaire reeks elektroden die over de hersenschors in de buurt van gekneusd hersenweefsel zijn geplaatst. Deze opnamestrategie is geschikt om SD-gebeurtenissen vast te leggen, maar biedt de mogelijkheid om een ​​klein deel van het corticale oppervlak te bewaken. Het kleine monitoringgebied legde verschillende beperkingen op aan eerdere studies. Eerst worden CSD's vastgelegd binnen een beperkte afstand van elk opname-elektrodecontact. CSD's die buiten het monitoringgebied voorkomen, worden niet geregistreerd en daarom onderschatten eerdere studies waarschijnlijk de werkelijke frequentie van SD-gebeurtenissen na TBI. Ten tweede biedt de lineaire configuratie van subdurale stroken geen adequate ruimtelijke informatie over de CSD-golven om de oorsprong of voortplantingsrichting te bepalen. Verbeterde ruimtelijke resolutie van de ECoG-opnamen in combinatie met geschikte analytische technieken zal het mogelijk maken om de richting van SD-golfvoortplanting te bepalen en mogelijk de identificatie van pathologische foci waar SD's vandaan komen. Identificatie van waar SD's vandaan komen, zal de mogelijkheid bieden om deze locaties te correleren met beeldvorming om de structurele kenmerken en pathologie te bepalen die aanleiding geven tot dit pathologische fenomeen.

Het algemene doel van deze studie is om voorlopig een verbeterde opnamestrategie en analytische technieken te evalueren om SD-gebeurtenissen en structurele afwijkingen in de ernstig gewonde hersenen die deze CSD-gebeurtenissen bij ernstig TBI veroorzaken, beter te definiëren. Om dit doel te bereiken, zal deze studie gebruik maken van 4 subdurale elektrodestrips die zijn gerangschikt om een ​​4x4 raster van elektrodecontacten te produceren voor de registratie van ECoG-activiteit in combinatie met gelijktijdige acquisitie van verschillende andere fysiologische maatregelen bij TBI-patiënten die neurochirurgische interventie nodig hebben.

De bevindingen van deze studie zouden een belangrijke vooruitgang kunnen betekenen in de middelen om zowel CSD-gebeurtenissen na TBI te monitoren als de specifieke soorten pathologieën te identificeren die aanleiding geven tot deze gebeurtenissen. Dit zou een belangrijke volgende stap zijn in de ontwikkeling van nieuwe interventies om de frequentie van SD's bij TBI-patiënten te verminderen of te elimineren en daarmee de mate van secundair hersenletsel dat leidt tot meer morbiditeit en mortaliteit na ernstig hersenletsel.

Ondanks de vooruitgang die is geboekt in de zorg voor patiënten na ernstig hersenletsel, blijft TBI een zeer hoge morbiditeit en mortaliteit veroorzaken. De ontwikkeling van effectieve behandelingen om de morbiditeit en mortaliteit na TBI te minimaliseren, wordt belemmerd door een fundamenteel gebrek aan begrip van de factoren die bijdragen aan secundair letsel na de initiële opruiende traumatische gebeurtenis. Door een beter begrip van mechanismen van secundair hersenletsel na TBI, zoals CSD, evenals methoden voor het monitoren van pathologische gebeurtenissen, zullen er meer mogelijkheden zijn om nieuwe behandelingen te ontwikkelen. Dit is een voorbereidende studie met als doel CSD beter te karakteriseren na ernstig TBI.

Subdurale elektroden zijn op grote schaal gebruikt om ECoG-activiteit vast te leggen na TBI en andere vormen van hersenletsel. Ondanks dat een invasieve vorm van registratie vereist is, blijft ECoG-activiteit het enige gevestigde middel om CSD-gebeurtenissen te monitoren. Invasieve neuromonitoring via subdurale elektroden werd voor het eerst gedemonstreerd in de jaren 1930 en is nog steeds een algemeen uitgevoerde neurochirurgische procedure voor epilepsiemonitoring. Een recent retrospectief overzicht vond een algemeen complicatiepercentage van ongeveer 9,1%, waarbij 0,6% van de patiënten blijvende neurologische gebreken ondervond na plaatsing van subdurale elektroden.19 Bovendien is er geen enkele infectie geassocieerd met subdurale elektrodeplaatsing in het University of Minnesota Medical Center. Naast de detectie van CSD-gebeurtenissen, zullen subdurale elektroden de identificatie van subklinische aanvallen mogelijk maken, en kunnen daarom een ​​klinisch voordeel bieden aan de patiënten die een subdurale elektrode-opname ondergaan.

Onderwerpen die deelnemen aan dit onderzoek zullen worden geselecteerd uit patiënten die neurochirurgische interventie in de vorm van craniectomie of craniotomie nodig hebben en zullen daarom niet worden blootgesteld aan een invasieve procedure uitsluitend voor de plaatsing van subdurale opname-elektroden. Tijdens de standaard craniectomie/craniotomieprocedure wordt de dura geopend om bloot te leggen, waardoor de plaatsing van de subdurale opnamestrips mogelijk is met minimale aanpassingen aan de standaard chirurgische procedure. Nadat de subdurale strips zijn geplaatst, worden de geleidingsdraden weggetunneld van de hersenen, zodat ze de hersenen verlaten, waardoor het infectierisico wordt geminimaliseerd. Deze aanpak heeft als bijkomend voordeel dat wanneer de onderzoeksperiode voorbij is, de getunnelde geleidingsdraden aan het bed kunnen worden verwijderd.

Naast ECoG-opnamen zullen andere vormen van invasieve neuromonitoring, waaronder Licox-bolt (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) voor meting van ICP, zuurstofvoorziening en temperatuur van hersenweefsel, evenals externe ventriculaire drain (EVD) worden geplaatst als onderdeel van de huidige standaardbehandeling voor ernstige TBI.

De onderzoeksperiode zal zo lang zijn als invasieve neuromonitoring klinisch geïndiceerd is na ernstig TBI. Zoals uiteengezet in het achtergrondgedeelte, zijn eerdere onderzoeken naar CSD beëindigd na een opnameperiode van 7 dagen. De kortere opnameperiode heeft waarschijnlijk een volledig begrip van de natuurlijke geschiedenis van CSD's na ernstige TBI belemmerd en daardoor een volledig begrip van de pathofysiologische factoren die deze gebeurtenissen veroorzaken. Er is een minimaal extra risico bij het verlengen van de opnameperiode tot de volledige periode van klinisch geïndiceerde invasieve neuromonitoring, aangezien subdurale opname routinematig wordt uitgevoerd aan de Universiteit van Minnesota voor epilepsiemonitoring gedurende 4-6 weken zonder gedocumenteerde ernstige complicatie.

Hennepin County Medical Center (HCMC) is een regionaal traumacentrum van niveau 1 dat het hogere middenwesten bedient en een van de trainingslocaties is voor het University of Minnesota Neurosurgery Residency Program. Als groot regionaal traumacentrum is er van oudsher een groot aantal ernstige TBI-patiënten die neurochirurgische interventie nodig hebben in de vorm van craniectomie of craniotomie met daaropvolgende langdurige invasieve neuromonitoring die nodig is als onderdeel van de klinische zorgstandaard. De onderzoekspopulatie zal worden getrokken uit alle traumapatiënten die zich presenteren op de afdeling Spoedeisende Hulp van HCMC, de traumaafdeling of als directe overbrenging naar de neurochirurgie.