Functionele nabij-infraroodspectroscopie bij hartchirurgie bij volwassenen

Perioperatieve hersenbeschadiging is een veel voorkomende en significante complicatie van patiënten die een hartoperatie ondergaan. 1,2 Tijdens hartchirurgie kan hersenbeschadiging optreden als gevolg van hypoperfusie, hersenembolie en/of ontsteking. 3 Deze intraoperatieve hersenbeschadigingen kunnen zich manifesteren als postoperatieve neurocognitieve disfunctie (bijv. verminderd geheugen en aandacht, stemmingswisselingen), beroerte, delirium, gezichtsvelduitval en coma. 4 Ongeveer 1% tot 4% van de hartchirurgische patiënten met hartprocedures in een gesloten kamer wordt gecompliceerd door een beroerte. De incidentie van een beroerte neemt aanzienlijk toe tot ongeveer 8% tot 9% bij openkameroperaties (bijv. klepchirurgie) of gecombineerde/complexe procedures. Deze patiënten met neurologisch letsel worden in verband gebracht met een verhoogde postoperatieve mortaliteit, langdurige intensive care-afdeling, verblijf in het ziekenhuis, verminderde kwaliteit van leven en verminderde overleving op lange termijn. 4 Ondanks de vooruitgang van chirurgische technieken en perioperatieve zorg die sinds de jaren 1980 heeft geleid tot een progressieve afname van cardiale chirurgische mortaliteit1,5,6, is de incidentie van postoperatieve neurologische complicaties relatief onveranderd gebleven. Dit heeft grotendeels te maken met het gebrek aan effectieve monitoring en interventie om intraoperatieve hersenbeschadiging op te sporen en te verminderen.

Een potentieel behandelbare oorzaak van hersenbeschadiging tijdens hartchirurgie is hypoperfusiegerelateerd infarct/ischemie. 7 Waterscheidingen, of grenszones, bevinden zich langs grenszones tussen de territoria van twee grote hersenslagaders (bijv. de middelste en achterste, of de voorste en middelste hersenslagaders) waar terminale arteriolaire anastomosen voorkomen die vatbaarder zijn voor hypoperfusiegerelateerd infarct/ ischemie. 8 Deze aan hypoperfusie gerelateerde verwondingen zijn mogelijk behandelbaar door systematische bloeddrukverhoging als deze verwondingen vroegtijdig worden geïdentificeerd. Eerder onderzoek heeft elektro-encefalografie gebruikt om intra-operatief hersenletsel in het stroomgebied op te sporen9, maar het klinische nut van elektro-encefalografie is beperkt vanwege de omslachtige opzet en complexe logistiek. Als zodanig heeft deze studie tot doel een nieuwe meerkanaals fNIRS te gebruiken om cerebrale oxygenatie in meerdere hersengebieden tegelijkertijd te detecteren en te volgen voor volwassen patiënten die een hartoperatie ondergaan. Deze studie zal de ervaringen met het gebruik van fNIRS als monitoringtool bij hartchirurgie vergroten en het inzicht in het patroon van hersenletsel tijdens hartchirurgie verbeteren.

Meerkanaals functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) is een opkomende hersenbeeldvormingstechniek om hemodynamische veranderingen aan het corticale oppervlak te meten. Tijdens de verwerving van fNIRS-gegevens wordt licht (600-900 nm) uitgezonden door lichtbronnen die door de schedel kunnen gaan en de cortex kunnen bereiken. Fotonen die door de cortex worden gereflecteerd, kunnen worden gedetecteerd en gekwantificeerd door detectoren die dicht bij de bronnen zijn geplaatst. Licht wordt voornamelijk geabsorbeerd door geoxygeneerde hemoglobine en gedeoxygeneerde hemoglobine, die verschillende absorptiespectra hebben. Veranderingen in de concentraties van oxy- en deoxyhemoglobine afgeleid van neuronale activering kunnen worden gekwantificeerd met behulp van twee of meer golflengten. De vroege studies hebben aangetoond dat het gebruik van twee-kanaals cerebrale nabij-infraroodspectroscopie ernstige cerebrale desaturatie kan voorkomen en wordt geassocieerd met aanzienlijk minder gevallen van ernstige orgaandisfunctie. 10 Een belangrijke beperking van twee kanalen NIRS is echter dat de plaatsing van de sensor momenteel beperkt is tot het voorhoofd, zodat alleen de frontale kwabben worden gecontroleerd. Een dergelijke plaatsing verhindert het bewaken van de kritieke achterste waterscheiding op de kruising van de voorste, middelste en achterste cerebrale slagaders, en resulteert in een onopgemerkte beroerte ondanks dat de patiënten tijdens de operatie normale cerebrale oxygenatie hebben. Het gebrek aan uitgebreide corticale dekking van de belangrijke hersengebieden, zoals het stroomgebied, beperkt ook het nut van twee kanalen NIRS als onderzoeksinstrument om regionale cerebrale stroming en metabolisme tijdens hartchirurgie te beoordelen. De meerkanaals fNIRS biedt een aantal voordelen voor het intraoperatief beoordelen van chirurgische patiënten, waaronder de hoge temporele resolutie (~100 ms), lage kosten en draagbaarheid. De meerkanaals fNIRS maakt tot 64 kanalen voor real-time data-acquisitie en -interpretatie mogelijk, waardoor adequate ruimtelijke en temporele resoluties mogelijk zijn om de hersengebieden die tijdens de operatie risico lopen te beoordelen. In deze studie zullen slechts 16 kanalen worden gebruikt om de zuurstofvoorziening van de hersenen te beoordelen.

Het fNIRS-systeem in deze studie is een klasse I Health Canada goedgekeurd apparaat (NIRx NIRScout 64x32 Laser/LED 4-golflengte fNRIS-systeem, info:https://nirx.net/nirscout). Het wordt niet warm en kan het gezichtsvermogen niet beschadigen. Dit in de handel verkrijgbare apparaat is veilig gebruikt in eerdere studies bij neonatale populatie in Western (WREM #: 111168, 113443) en andere studies die in de literatuur zijn gepubliceerd. Dit apparaat is goedgekeurd voor monitoring van de zuurstofvoorziening van de hersenen bij mensen.

Single-site, prospectieve, observationele studie waarbij patiënten die cardiale chirurgische ingrepen ondergaan, worden gemonitord met behulp van multichannel fNIRS-monitoring om cerebrale oxygenatie te beoordelen in hersengebieden die vatbaar zijn voor letsel tijdens hartchirurgie. In dit onderzoek zal geen interventie worden gebruikt. In totaal zullen 40 patiënten in de studie worden opgenomen en deze monitoring krijgen tijdens de operatie. Er zal geen randomisatie zijn en geen extra wijzigingen in de zorgstandaard.

Patiënten die ermee instemmen om aan dit onderzoek deel te nemen, krijgen hersenmonitoring in de vorm van multichannel fNIRS-monitoring die geen standaardbehandeling is. Dit bestaat uit het dragen van de NIRS-kap die op het hoofd van de patiënt wordt geplaatst volgens internationale operationele richtlijnen en wordt vastgemaakt aan het tijdelijke gebied van het voorhoofd van de patiënt. De NIRS-dop is volledig niet-invasief en vormt geen extra risico voor de patiënt. Monitoring zal worden gestart voorafgaand aan de inleiding van de anesthesie.