Erytropoietinterapi for subaraknoidalblødning

BAKGRUNN:

1. Forsinket iskemiunderskudd ved subaraknoidalblødning

   Syv tusen pasienter lider av SAH hvert år i Storbritannia, og unge voksne (<55 år) blir like berørt. Cerebral vasospasme og relatert cerebral iskemi er de viktigste årsakene til forsinket morbiditet og dødelighet hos pasienter som overlever den første SAH-episoden. Tidligere studier har avslørt at umiddelbar lav cerebral blodstrøm (CBF) følger med SAH, spesielt hos de som er i koma. For pasienter med bedre karakter er imidlertid den lave CBF ofte forsinket og assosiert med cerebral vasospasme [Knuckey 1985]. Vasospasme går ofte før utbruddet av DID som vanligvis oppstår i den andre uken etter SAH [Knuckey 1985]. Autoregulering er den mest oppnådde refleksmekanismen og reflekterer en iboende evne til cerebrale kar til å utvide seg i et forsøk på å opprettholde konstant CBF i møte med dårlig cerebral perfusjon. Etter SAH påvirker svekkelse av autoregulering prognosen [Lam 2000]. Faktisk kan daglig vurdering av autoregulering bidra til å identifisere pasienter med høy risiko for klinisk forverring [Smielewski 1997].

   Autoregulering kan enkelt måles ikke-invasivt fra sengen ved hjelp av transkraniell Doppler (TCD). Direkte målinger av strømningshastigheter i den midtre cerebrale arterie (FV) er prediktive for DID; forhøyet gjennomsnittlig FV (>120 cms/sek.) og økt forhold mellom mFV mellom MCA og ekstrakraniell indre halspulsåre (ICA) (Lindegaard ratio >3) er assosiert med cerebral vasospasme og høyere forekomst av uønskede hendelser [Lindegaard 1988]. Den raske økningen av FV over tid er også prediktiv, det samme er forholdet mellom FV og spontane endringer i blodtrykk (korrelasjonsindeks Mx) [Czosnyka 2000].

   Et mer sofistikert mål på unormal cerebrovaskulær hemodynamikk involverer transient hyperemic respons test (THRT) [Giller 1991]. Dette brukes rutinemessig i vår avdeling hvor vi har påvist en sammenheng mellom unormal THRT og klinisk utfall etter SAH [Lam 2000]. THRT vurderer FV-responsen på en manuell karotiskompresjon (figur 1) og kan gjentas i løpet av noen få minutter og gir en pålitelig og lett tilgjengelig metode for å vurdere autoregulering. Når THRT brukes til daglige vurderinger for samme pasient, kan denne testen gi en verdifull monitor av sekvensielle endringer i autoregulering.

2. Autoregulering etter SAH

   Autoregulering er ofte svekket etter SAH, selv hos pasienter med god klinisk karakter [Voldby 1985]. En unormal THRT-respons utvikler seg vanligvis enten tidlig på dag 0 til 3 (primær), eller sent rundt dag 7 til 14 (sekundær) etter den første blødningen. Primære abnormiteter i THRT er langt vanligere hos pasienter med lav grad, mens sekundære abnormiteter forekommer mer regelmessig hos pasienter med initial god grad som senere utvikler tegn på DID med klinisk forverring [Ratsep 2002]. Rutinemessig og daglig vurdering av autoregulering med TCD hjelper til med å identifisere pasienter med høyere risiko for DID. Denne forsinkelsen i utviklingen av en unormal autoreguleringsrespons hos pasienter av bedre kvalitet gir en mulighet til å introdusere tidlige terapeutiske strategier designet for å oppveie de potensielt skadelige effektene. Faktisk er rutinebruk av plasmaekspansjon allerede tatt i bruk med dette målet i tankene [Origitano 1990].

3. Terapeutisk mulighet; hvorfor rekombinant humant erytropoietin?

Nylig har oppmerksomheten blitt fokusert på potensielle terapeutiske roller for endogene hjerneproteiner som har nevrobeskyttende egenskaper. Denne nevrobeskyttende tilnærmingen ved bruk av erytropoietin (EPO) er rettet mot å beskytte potensielt levedyktig hjernevev fra apoptose [Ehrenreich 2002]. EPO, et 34 kDa hydrofobt sialoglykoprotein, er ansvarlig for overlevelse, spredning og differensiering av engasjerte erytroide stamceller. Det produseres av føtal lever og voksen nyre, som akselereres under hypoksi [Lacombe 1999]. Fordi det ikke er noen forhåndsformet EPO-lagring, involverer derfor kontrollen av EPO-gentranskripsjon komplekse interaksjoner med hypoksi-induserbar faktor 1 (HIF-1), en transkripsjonsfaktor som aktiveres under hypoksi, hypoglykemi og anfall [Lacombe 1999] .

EPO-reseptor (EPO-R), som andre medlemmer av den hematopoietiske reseptorfamilien, har ikke en endogen tyrosinkinaseaktivitet. Imidlertid kan dens nære tilknytning til Jak2-tyrosinkinase indusere en rask tyrosinfosforylering på en rekke proteiner [Lacombe 1999]. Hypoksi kan indusere et økt EPO-R uttrykk, som igjen forårsaker økt følsomhet for EPO [Chin 2000].

Både EPO og EPO-R er allestedsnærværende fordelt i nevrale vev [Digicaylioglu 1995]. Bortsett fra større kar, er EPO-R rikelig distribuert i astrocytter, nevroner og cerebrale kapillære endoteler [Marti 1996, Yamaji 1996, Bernaudin 1999, Brines 2000]. Immunhistokjemi viser at disse distribusjonene av EPO-R er i samsvar med den anatomiske plasseringen av blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​[Brines 2000]. En slik kondensert fordeling av EPO-R innenfor og rundt de cerebrale kapillærene innebærer at en liten mengde EPO er tilstrekkelig til å mediere fysiologisk funksjon i sentralnervesystemet [Chin 2000]. Den økte produksjonen av EPO som respons på hypoksi og anemi av astrocytter og nevroner tilsvarer det som skjer i nyre og lever [Masuda 1994]. Under hypoksi virker således EPO direkte på cerebrale kapillære endotelceller som en angiogen faktor gjennom en parakrin mekanisme fra astrocyttene og en endokrin mekanisme fra nyren [Digicaylioglu 1995].

EPO beskytter nervevev under alle forhold preget av en relativ mangel på ATP [Brine 2000]. Denne nevrobeskyttende effekten oppnås av flere mekanismer.

1. EPO kan indusere ekspresjon av flere glykolytiske enzymer, som omdirigerer energimetabolismen mot å favorisere overlevelse under oksygenmangel [Digicaylioglu 1995].
2. Under cerebral iskemi er N-metyl-D-aspartat (NMDA) reseptormediert glutamattoksisitet den viktigste årsaken til nevrondød [Morishita 1997]. Glutamattoksisitet er delvis mediert av nitrogenoksid (NO). EPO oppregulerer uttrykket av antioksidantenzymer på et transkripsjonelt nivå i vaskulære glatte muskelceller [Kusano 1999], og kan potensielt beskytte nevroner fra NO-genererende midler [Sakanaka 1998]. Videre kan EPO undertrykke økningen i Ca2+ konsentrasjon indusert av glutamat og nitrogenoksid (NO)-indusert apoptose [Morishita 1997].

EPO har vist seg å gi nevrotrofiske [Konishi 1993] og angiogene effekter [Yamaji 1996], og det har potensial for nevrale regenerering [Siren 2001]. Disse effektene er doseavhengige og ikke relatert til nervevekstfaktoren (NGF) [Konoshi Y 1993]. Fordelingene av EPO og EPO-R tilsvarer sekvensen av histopatologiske endringer av cerebral iskemi/infarkt. Ved akutt hypoksi (hjertestans) kan sterk immunreaktivitet av EPO finnes i vaskulært endotel, mens EPOR uttrykkes sterkt i nevroner [Siren 2001]. Etter cerebral iskemi spiller EPO en viktig rolle i angiogenese og glialreaksjon. EPO-immunreaktivitet vises i endotelet, intravaskulære inflammatoriske celler og nevroner i penumbra. Også EPO-R uttrykkes i nevroner, astrocytter og endotelceller [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Fordi uttrykket av EPO-R går foran oppreguleringen av EPO-syntese [Bernaudin 1999], øker følsomheten for EPO [Chin 2000]. Derimot er disse endringene ikke påvisbare i ikke-iskemisk cortex [Bernaudin 1999], noe som indikerer et økt potensial for EPO til å virke der nevroner er i fare [Siren 2001]. Ved å beskytte endotelceller fra apoptose kan EPO øke cerebral blodstrøm, forbedre mikrosirkulasjonen av penumbra og forbedre vevsoksygenering ved angiogenese, og dermed redusere infarktvolumet betydelig [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Denne angiogenesen tilsvarer funnet at under hypoksiske forhold som eksponering for store høyder, øker hjernen den gjennomsnittlige mikrovaskulære tettheten [Lamanna JC 1992]. I gamle infarkter kommer EPO og EPO-R sterkt til uttrykk i reaktive astrocytter. Dermed kan EPO-systemet delta i reparasjonsprosessen [Siren 2001]. Den vedvarende oppreguleringen av EPO-produksjon av astrocytter etter hjerneslag gir også raskt tilgjengelige kilder til EPO for å gjøre nevroner mer tolererende iskemi [Siren 2001]. Disse endogene nevrobeskyttende mekanismene er utilstrekkelige for å takle akutte skader, ettersom alvorlig iskemisk fornærmelse kan tømme hjernens EPO/EPO-R nevrobeskyttende kapasitet eller latensen av de novo syntese er for lang. Klinisk påføring av EPO bør administreres raskt for å gi ytterligere nevrobeskyttelse [Brines 2000].

Epoetin beta er et 165-aa glykoprotein produsert ved bruk av rekombinant DNA-teknologi, som inneholder den identiske aminosyresekvensen til isolert humant EPO og har samme biologiske aktivitet. Det ligner på det endogene EPO bortsett fra mindre forskjeller i mønsteret av 4 karbohydratkjeder. [Brine 2000] Det rekombinante humane EPO har blitt mye brukt for å behandle anemi assosiert med kronisk nyresvikt, HIV-infeksjon, kreft og kirurgi, og har en utmerket sikkerhetsrekord i bred klinisk praksis.

4. Hvorfor 90 000 IE Epoetin beta?

Sikkerheten og effekten av epoetin beta for behandling av akutt hjerneslag (innen 8 timer) hos mennesker er bekreftet i en dobbeltblind, randomisert, placebokontrollert klinisk studie, som bruker høydose intravenøs epoetin beta (33000 IE/50 ml/ 30 min/dag, tre dager, med en kumulativ dose på 100 000 IE) [Ehrenreich 2002]. Ingen assosierte endringer i blodtrykk, hematokrit, hemoglobin og antall røde blodlegemer er funnet i denne studien [Ehrenreich 2002]. Bare retikulocytttallet øker 29,2 ±10,0 % på den 4. dagen etter siste dose av EPO [Ehrenreich 2002]. Denne systemiske administreringen av EPO har også ført til en 60- til 100 ganger økning i CSF-nivåer og krever ikke nedbrytning av blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​[Ehrenreich 2002]. Pasienter som behandles med EPO har en lavere og tidligere økning av serum S100 (utskilt av reaktive astrocytter og funksjonelle forstyrrelser av membranintegriteten til hjernecellemembranen) og kommer deretter tilbake til de normale grensene raskere enn placebo [Ehrenreich 2002]. Denne tidligere tilbakeføringen av serum S100 mot det normale nivået innebærer at de inflammatoriske prosessene og/eller BBB-integriteten kan forbedres raskere ved systemisk EPO-terapi [Ehrenreich 2002]. De gunstige effektene på slagpasienter fortsetter i 30 dager, spesielt for de med moderat til alvorlig slag [Ehrenreich 2002].

Ved aktivering av endoteliale EPO-reseptorer kan den sirkulerende EPO forårsake inflammatoriske veier i cerebrale arterier og dempe vasospasme indusert av SAH. In vivo-studier har funnet at systemisk administrering av EPO (i.p. 1000 enheter/kg) umiddelbart etter SAH kan forbedre overlevelse og motoriske funksjoner [Buemi 2000]. Systemisk levering av EPO har fordelen at det er universelt tilgjengelig for kapillærendotelet i hele hjernen, i motsetning til intraventrikulær injeksjon, som er svært lokalisert og ikke praktisk i kliniske omgivelser [Brines 2000]. Fordi konsentrasjonen av EPO i CSF er uavhengig av serumnivået og omfanget av BBB-forstyrrelser hos pasienter som lider av aneurysmal SAH, produseres EPO i CSF hovedsakelig av hjernen for å matche behovet [Springborg 2003]. Derfor kan en tidlig aktivering av endotelial EPO-R være en potensiell terapeutisk strategi, som faktisk har blitt bevist ved en reduksjon av S100-protein i CSF (en markør for hjerneskade) og gjenoppretting av cerebral autoregulering (i minst 48 timer) etter systemisk administrering av rekombinant humant EPO [Springborg 2002]. Derfor vil 90 000 Iuof epoetin beta bli brukt for å oppnå maksimal effekt på CBF og autoregulering hos disse SAH-pasientene som skal studeres.

SPØRSMÅL SOM SKAL BESVARES:

Vi ønsker å adressere følgende hypoteser for SAH-pasienter:

1. Systemisk behandling med epoetin beta (90 000 IE) er trygg etter SAH
2. Systemisk behandling med epoetin beta reduserer forekomsten av unormal FV og cerebral autoregulering etter SAH.
3. Systemisk behandling med epoetin beta reduserer forekomsten av akutt nevrologisk forverring etter SAH. Hvis primære endepunkter forbedres med epoetin beta-behandling, vil dataene bli brukt til å formulere kraftberegningen for utforming av en klinisk fase III-studie. Vi vil imidlertid vurdere klinisk utfall ved slutten av studien og ved utskrivning for å oppdage enhver indikasjon på uønsket effekt etter EPO-behandling.

Randomiseringsprosedyre:

Etter informert samtykke vil pasienter med angiografi-positiv aneurismal SAH randomiseres til å motta enten intravenøs epoetin beta 30 000 IE eller placebo (0,9 % saltvann) 50 ml/30 min, tre ganger i løpet av den første uken etter SAH (totaldose 90 000 IE). Antallet i hver gruppe vil være 40. For blinding vil Pharmacy Manufacture Unit (PMU) klargjøre og nummerere identiske hetteglass som inneholder enten saltvann (0,9 % NaCl) eller epoetin beta rekonstituert i saltvann. Hetteglassene vil bli tilfeldig tildelt pasienter ved registrering med innholdet i hvert hetteglass bare kjent av PMU. Prøvemedisinering vil bli startet så snart som mulig innen 72 timer etter ictus. Ettersom omtrent 70 % av aneurismer vil bli behandlet med åpen klipping, og resten med endovaskulær spiral, anser vi ikke behandlingsmetoden for å representere en kontaminerende faktor, men den vil inkluderes i den endelige analysen. Plassering, størrelse og morfologi til den skyldige aneurisme antas ikke å påvirke resultatet i vår institusjon.

Etter randomisering og start av utprøvingsterapi vil den kliniske behandlingen av hver pasient være rutinemessig. Arterielt blodtrykk vil bli kontinuerlig overvåket (Finapress, eller via radial arteriell linje).

Sikkerhet:

Fullt antall blodceller, retikulocytttelling, blodviskositet, koagulasjonsprofil, serumbiokjemi, serumjernnivåer og C-reaktivt protein (CRP) ved innleggelse vil bli kontrollert som klinisk rutine. Selv om EPO har effekter av erytropoese og trombopoiesis, har ikke assosiert forverring eller uønskede hendelser blitt observert ved korttidsbehandling [Ehrenreich 2002]. Imidlertid vil utprøvingen av stoffet bli stoppet og sikkerhetskomiteen informert i møte med eventuelle abnormiteter. En sikkerhetskomité (ledet av Dr Ken Smith, konsulterende nefrolog) vil gjennomgå sikkerhetsdataene med månedlige intervaller eller, hvis det oppstår bekymringer, på pasient-til-pasient-basis.

Primære utfallsmål: Vasospasme og abnormiteter i AR:

Forsøkspasienter vil bli undersøkt daglig med TCD (DWL, Tyskland) ved bruk av en 2-MHz-sonde montert på en beregnet hoderamme i to uker siden SAH ictus. Den systoliske, diastoliske og gjennomsnittlige FV vil bli registrert (trans-temporal) av en enkelt bruker (MT). Vasospasme vil bli definert som gjennomsnittlig FV > 120 cm/sek og Lindegaard ratio >3 [Lindegaard 1988]. Regresjonsindeksen (Mx) mellom gjennomsnittlig FV og spontane endringer i ABP vil bli beregnet. To karotiskompresjoner som varer i 5 sekunder vil bli utført. Kriteriene for en akseptabel THRT inkluderer en plutselig reduksjon i middels cerebral arterie FV ved begynnelsen av kompresjon, et stabilt TCD-signal under kompresjon, og minimum 30 % reduksjon i FV uten blodtrykksustabilitet [Smielewski 1997]. THRT-forholdet (THRR) beregnes ved å bruke formelen: THRR = FVs (hyperemi) / FVs(baseline), der FVs angir systolisk FV (Figur 1). THRR er klassifisert som normal (≥l.10) eller svekket (<1.10), og vil gjentas 2 minutter senere. Gjennomsnittsverdien av de to testene vil bli registrert. Kvalitetsspørsmål vedrørende THRT-responsen har blitt grundig evaluert i dette laboratoriet [Smielewski 1997].

Sekundære endepunktmål: Utvikling av DID:

Den kliniske fremgangen til hver pasient vil bli overvåket daglig. Utviklingen av et fokalt nevrologisk underskudd og/eller et fall i Glasgow Coma Scale med 2 poeng eller mer etter vasospasme vil være kriteriene som brukes for å definere en episode av DID [Pickard 1989]. Andre faktorer som kan påvirke bevisstheten, inkludert systemisk infeksjon og infeksjon i sentralnervesystemet, vil bli registrert for endelig analyse. Kliniske resultater vil bli vurdert ved slutten av studien og ved utskrivningstidspunktet. Varighet av sykehusinnleggelse og NCCU-opphold vil bli observert.

Statistisk analyse:

Analysen vil bli utført ved bruk av statistisk programvare, STATA (Texas, USA). Data vil bli uttrykt som gjennomsnitt±standardavvik. Den multivariate analysen vil bli utført på tidspunktene for vasospasme og unormal AR, som vil bli beregnet som antall dager mellom datoen for diagnose av SAH og datoen for første påvisning av vasospasme og unormal autoregulering med hensyn til variabler som sannsynligvis vil påvirke deres forekomst: alder, WFNS-grad, Fishers karakter på CT-skanninger og behandlingsprosedyrer, intraventrikulær blødning og/eller hydrocephalus ved bruk av Cox Proporsjonal Hazards-regresjon. Mål for utfall vil være hazards ratio (HR), som uttrykker sannsynligheten for vasospasme eller unormal autoregulering for en spesifikk kategori i forhold til placebogruppen. Variabler knyttet til EPO-behandling (hematokrit, erytrocytttelling, retikulocytttelling, trombocytttelling, serumjernnivåer og viskositet) vil bli samlet inn. Forbedringen i tilpasning på grunn av hver variabel vil bli testet for statistisk signifikans på 5 %-nivået med likelihood ratio-testen. Testen for avvik fra en lineær trend (én frihetsgrad) ble brukt til å vurdere den potensielle lineære trenden i visse kategoriske variabler. Daglige resultater fra hver pasient vil også bli gjennomsnittet for å produsere en pasientorientert database for å tilfredsstille uavhengighetsantakelsen for lineær regresjon. Dag-til-dag variasjoner i parametere vil bli beregnet som standardavvik delt på gjennomsnittsverdien fra alle undersøkelser hos hver pasient.

Effektanalyse:

Våre tidligere observasjoner indikerer at vasospasme og unormal THRT forekommer hos henholdsvis 64 % og 90 % SAH av pasientene. For å demonstrere en 50 % reduksjon i varighet av vasospasme eller unormal autoregulering med en kraft på 80 % og et signifikansnivå på 5 % vil vi kreve undersøkelser fra 80 pasienter. Dette antallet pasienter har også en 83 % sjanse for å demonstrere en 50 % reduksjon i forekomsten av klinisk DID de første 2 ukene etter ictus. Studien er ikke drevet til å vise en reduksjon i kliniske endepunkter, selv om trender vil bli søkt for å identifisere potensielle bivirkninger.

DETALJER OM EVENTUELLE VANSKELIGHETER SOM KAN FORUTSES

1. Pasientrekruttering:

   Nevrokirurgisk enhet i Addenbrookes behandler 80 aneurysmale SAH-pasienter per år. Tidligere studier i vår enhet har vist høy sikkerhet, og vi var den største bidragsyteren til International Hypothermia for Aneurysm Surgery Trial (IHAST). Vi ser ingen vanskeligheter med rekruttering.

2. Sikkerhetsproblemer:

   Sikkerheten og effekten ved bruk av høydose intravenøs epoetin beta (100 000 IE) for behandling av akutt hjerneslag (innen 8 timer) er bekreftet [Ehrenreich 2002]. Den terapeutiske marginen til EPO er veldig bred. Selv ved svært høye serumnivåer er ingen bivirkninger observert [NeoRecormon informasjonsblad, Roche].

3. Vurdering av AR ved hjelp av TCD:

Kvalitetskontroll for THRT-vurdering har blitt grundig behandlet, unnlatelse av å fullføre testen er sjelden [Ratsep 2002]. Forekomsten av signifikant karotis aterosklerotisk sykdom som utelukker sikker carotiskompresjon er mindre enn 1 % [Lam 2000]. Testen tolereres godt og vi kjenner ingen pasienter som har bedt om å trekke seg fra undersøkelsen i tidligere studier på grunn av ubehag mv.

FREMTIDIG FORSKNING

Resultatene fra denne fase II-studien vil bli brukt til å designe en fase III-studie med klinisk utfall ved bruk av mekanismen for spontan intrakraniell blødning. Eventuelle potensielle fordeler kan ekstrapoleres til andre cerebrovaskulære tilstander der lave CBF-tilstander og tap av autoregulering forekommer (f. akutt cerebral vaskulitt).