Cerebrale nitrosatieve / oxidatieve stress bij aneurysmale subarachnoïdale bloeding (NOX2)

ACHTERGROND:

Aneurysmale subarachnoïdale bloeding (SAH) gaat gepaard met een hoge morbiditeit en mortaliteit. Dit is grotendeels te wijten aan de ontwikkeling van secundair hersenletsel, waaronder de complicatie vertraagde cerebrale ischemie (DCI), die 30% van de eerste overlevenden treft. De mechanismen achter secundair hersenletsel na SAH worden niet volledig begrepen.

Stikstofmonoxide (NO) is een krachtige endogene vasodilatator die wordt geproduceerd uit arginine door het enzym stikstofoxidesynthase (NOS), dat bestaat in drie isovormen: endotheliaal, neuronaal en induceerbaar NOS (eNOS, nNOS en iNOS). Bij ontstekingen en oxidatieve stress kunnen vrije radicalen reageren met NO om peroxynitriet (ONOO-) te vormen, dat zeer reactief is en biologische macromoleculen zoals lipiden en eiwitten direct kan beschadigen. Dit fenomeen, d.w.z. een verhoogde productie van reactieve stikstofsoorten die mogelijk leiden tot cellulaire schade, wordt nitrosatieve stress genoemd.

Er wordt algemeen aangenomen dat oxidatieve/nitrosatieve stress en bijbehorende stoornissen in het metabolisme van NO betrokken zijn bij de ontwikkeling van secundair hersenletsel na SAH, maar de exacte rol van deze mechanismen blijft onvolledig begrepen. Hoewel sommige auteurs geloven dat NOS-disfunctie en een resulterende lage biologische beschikbaarheid van NO een belangrijke oorzaak is van secundair hersenletsel (en een sleutelmechanisme achter DCO), beweren anderen dat een overproductie van NO gemedieerd door iNOS een onaangepaste respons is die leidt tot verergerd weefselletsel als gevolg van nitrosatieve stress.

De transcerebrale (d.w.z. arteriële naar jugulaire veneuze) uitwisseling van NO-metabolieten en de onderlinge relatie met oxidatieve stress is nooit onderzocht bij patiënten met SAH. De onderzoekers veronderstellen dat SAH geassocieerd is met een initiële vermindering van de cerebrovasculaire biologische beschikbaarheid van NO als gevolg van wegvangen door vrije radicalen. Dit zou kunnen bijdragen aan een vicieuze cirkel, waarin een resulterende toename van microvasculaire weerstand, cerebrale hypoperfusie en hersenweefselhypoxie de productie van vrije radicalen en NO-uitputting verder verhoogt, wat uiteindelijk leidt tot ischemisch hersenletsel en een slecht resultaat.

HYPOTHESEN:

De huidige exploratieve studie zal de transcerebrale uitwisseling van markers voor oxidatieve/nitrosatieve stress en NO-metabolieten tijdens de vroege fase na SAB karakteriseren in vergelijking met gezonde vrijwilligers. Daarnaast zal de invloed van deze stoornissen op indices van hersenischemie en metabole disfunctie worden onderzocht, zoals vastgesteld door multimodale neuromonitoring, en de invloed van geïnduceerde veranderingen in arteriële zuurstofspanning (PaO2). De onderzoekers veronderstellen dat:

1. Patiënten zullen een grotere cerebrale uitstroom van markers voor oxidatieve/nitrosatieve stress hebben en een lagere cerebrovasculaire biologische beschikbaarheid van NO in vergelijking met gezonde controles.
2. SAH-patiënten vertonen een progressieve afname van de transcerebrale afgifte van markers voor oxidatieve/nitrosatieve stress en een overeenkomstige toename van de cerebrovasculaire biologische beschikbaarheid van NO in de dagen na ictus.
3. Een grotere klinische ernst van SAH zal worden geassocieerd met een grotere transcerebrale afgifte van markers voor oxidatieve/nitrosatieve stress en een lagere cerebrovasculaire biologische beschikbaarheid van NO.
4. Een lagere zuurstofspanning in het hersenweefsel (PbtO2) en een grotere belasting van hersenweefselhypoxie (gedefinieerd als het percentage van de bewakingstijd met een PbtO2 <20 mmHg) zullen in verband worden gebracht met een grotere cerebrale uitstroom van markers voor oxidatieve/nitrosatieve stress en een lagere cerebrale biologische beschikbaarheid van NEE.
5. Een grotere microdialysaatlactaat/pyruvaatverhouding en een grotere last van hersenmetabole crisis (gedefinieerd als het percentage van de monitoringtijd met een lactaat/pyruvaatverhouding >40 en een glucoseconcentratie <0,7 mmol/l) zullen gepaard gaan met een grotere cerebrale efflux van oxidatieve/nitrosatieve stressmarkers en een lagere cerebrale biologische beschikbaarheid van NO.
6. Geïnduceerde milde hypoxie zal gepaard gaan met een verhoogde transcerebrale afgifte van markers van oxidatieve/nitrosatieve stress en een vermindering van de cerebrovasculaire biologische beschikbaarheid van NO in vergelijking met de uitgangswaarde, terwijl geïnduceerde milde hyperoxie het tegenovergestelde effect zal hebben.

Voor verkennende doeleinden zullen we ook cerebrospinale vloeistof (CSF) afnemen bij patiënten met een externe ventriculaire drain en overtollig cerebraal microdialysaat wanneer dit beschikbaar is.

METHODEN:

De studie is een prospectieve fysiologische studie die patiënten met SAH zal omvatten die zijn opgenomen op de Neurointensive Care Unit (NICU) van Rigshospitalet. De inclusie van patiënten zal worden voortgezet totdat we volledige gegevens hebben verkregen van 20 patiënten in de interventionele substudie (zie hieronder), of tot 1 april 2024, waarna de inclusie wordt stopgezet en de gegevens worden geanalyseerd, ongeacht het aantal geïncludeerde patiënten . Daarnaast zullen 12 gezonde proefpersonen worden opgenomen om als controlegroep te dienen.

Praktische uitvoering van de studie, patiënten:

Patiënten krijgen kort na opname een arteriële katheter als onderdeel van de routinezorg. Bovendien wordt zo snel mogelijk nadat het aneurysma is vastgezet een retrograde interne jugulaire veneuze katheter (RJV-katheter) ingebracht voor het afnemen van cerebraal veneus bloed. Vitale parameters zullen worden gecontroleerd volgens de standaardpraktijk in de NICU, en patiënten zullen continue multimodale neuromonitoring ondergaan van intracraniale druk (ICP), PbtO2 en hersenmetabolisme (cerebrale microdialyse). Tijdens interventies zal transcraniële Doppler-echografie (TCD) worden gebruikt om de gemiddelde stroomsnelheid van de arteria cerebri media te bepalen als een surrogaatmaat voor de cerebrale bloedstroom. Het onderzoek zal bestaan ​​uit een observationeel en een interventioneel subonderzoek, die hieronder afzonderlijk worden beschreven.

Observationeel subonderzoek: Gepaarde bloedmonsters (d.w.z. gelijktijdige bloedmonsters van de RJV en arteriële katheters) worden afgenomen 1) direct na plaatsing van de RJV-katheter (verwacht: dag 0-2 na opname), 2) tijdens interventies (zie hieronder) en 3) kort voor het verwijderen van de RJV-katheter (verwacht: dag 3-6 na opname). Naast bloedafname zullen patiënten met een bestaande externe ventriculaire drain bemonstering van CSF ondergaan, en patiënten met een cerebrale microdialysekatheter zullen bemonstering van overtollig microdialysaat ondergaan voor verkennende doeleinden.

Interventionele substudie: Milde hypo- en hyperoxie zullen in willekeurige volgorde worden geïnduceerd door ventilatorinstellingen (de fractie ingeademde zuurstof) te wijzigen, waarbij wordt gestreefd naar een PaO2 van 9-10 kPa voor milde hypoxie en 13-14 kPa voor milde hyperoxie (standaard behandelingsdoel: 10-12 kPa). Bloedmonsters worden afgenomen bij aanvang (normoxia) en na 60 minuten na elke interventie (3 gepaarde bloedmonsters in totaal).

Praktische uitvoering van de studie, gezonde controles:

In de NICU zullen experimenten met gezonde proefpersonen worden uitgevoerd. Instrumentatie en monitoring is vergelijkbaar met wat hierboven is beschreven: er wordt een arteriële en RJV-katheter ingebracht en proefpersonen ondergaan TCD-monitoring als een index van de cerebrale bloedstroom naast standaard cardiorespiratoire monitoring.

Na instrumentatie en een korte rustperiode zal een baseline-evaluatie worden uitgevoerd, waarna de proefpersonen interventies zullen ondergaan in een willekeurige volgorde: hypo- en hyperoxie worden geïnduceerd met behulp van een nauwsluitend masker dat is aangesloten op een niet-rebreathing klep, een eind- getijden-CO2-monitor en een reservoir dat wordt geleverd via cilinders met gecomprimeerd gas. De fractie ingeademde zuurstof zal worden getitreerd, waarbij wordt gestreefd naar een PaO2 van 9-10 kPa voor milde hypoxie en 13-14 kPa voor milde hyperoxie. Daarnaast ondergaan gezonde proefpersonen een derde interventie waarbij de fractie ingeademde zuurstof wordt verhoogd tot 100%. Isocapnia wordt verzekerd door ad hoc CO2 aan de ingeademde lucht toe te voegen. Bloedmonsters worden afgenomen bij baseline (normoxie) en na 60 minuten milde hypoxie, 60 minuten milde hyperoxie en 60 minuten "ernstige hyperoxie".

BIOCHEMISCHE ANALYSES:

Op elk bemonsteringstijdstip wordt onmiddellijk een kleine hoeveelheid bloed geanalyseerd op niveaus van bloedgassen en zuur-base-status. De resterende biologische monsters worden gecentrifugeerd, in porties verdeeld en tot analyse bij -80°C bewaard.

Bloedmonsters zullen worden geanalyseerd op de volgende markers van oxidatieve stress: het ascorbaatradicaal, lipidehydroperoxiden, myeloperoxidase en de antioxidanten glutathion, α/γ-tocoferol, α/β-caroteen, retinol en lycopeen.

De volgende NO-metabolieten worden bepaald: totale plasma-NO-concentratie (nitraat (NO3-) + nitriet (NO2-) + S-nitrosothiolen (RSNO)) en totale aan rode bloedcellen gebonden NO (nitriet (NO2-) + nitrosylhemoglobine (HbNO ) + S-nitrosohemoglobine (HbSNO)). Daarnaast zal 3-nitrotyrosine worden bepaald als surrogaatmarker voor peroxynitriet.

De volgende biomarkers van letsel van de neurovasculaire eenheid zullen worden bepaald: S100ß, gliaal fibrillair zuur eiwit, neuronspecifieke enolase, ubiquitine carboxy-terminale hydrolase L1, neurofilament lichte keten en totaal tau.