Cerebral Monitor guidet terapi på cerebrale utfall etter hjertekirurgi

Nevrologisk og kognitiv nedgang er fortsatt vanlige komplikasjoner som påvirker pasientenes utfall negativt etter hjertekirurgi. Ved å inkludere en hjernemonitor som måler cerebralt oksygeninnhold i vår perioperative behandling, tar vi sikte på å redusere postoperative nevrologiske og kognitive mangler og forbedre livskvaliteten i denne pasientpopulasjonen. Vi har også som mål å avdekke hvordan den kompromitterte hjernen endrer stoffskiftet som svar på iskemisk skade og hvordan denne nye informasjonen kan veilede nye forebyggende behandlingsmetoder for sårbare pasienter.

Kort fortalt er cerebral nær-infrarød spektroskopi (NIRS) eller cerebral oksymetri en ikke-invasiv monitor som estimerer cerebral oksygenering gjennom målinger av regional venøs metning. Den er basert på måling av intravaskulær oksyhemoglobinfraksjon i en liten prøve av hjernebarken gjennom hodeskallen ved bruk av nær-infrarødt lysspektroskopi. Cerebral oksymetri undersøker alt reflektert lys, fra både pulserende arterielt og ikke-pulserende veneblod, uten å kreve pulsatilitet, derfor kan cerebral oksymetri fortsette å overvåke hjerneoksygenering under både CPB og sirkulasjonsstans. Med denne fordelen er cerebral oksimetri mye brukt i vår daglige hjerteanestesipraksis, rutinemessig for operasjoner som krever sirkulasjonsstans, og for andre elektive CABG og ventilerstatnings-/reparasjonsoperasjoner i enkelte institusjoner. Til tross for den brede bruken, eksisterer det fortsatt kontrovers i tolkningen og evnen til å optimalisere cerebralt resultat etter hjertekirurgi. Sentrale spørsmål som skal besvares er: 1) desaturasjonsterskelen forbundet med dårlig prognose; 2) den absolutte desaturasjonsverdien ved hvilken uønsket klinisk utfall øker, og 3); hvis den relative trenden er viktigere for å signalisere nærmer seg forverring. Alle disse spørsmålene er relevante for vår kliniske praksis, men forblir ubesvart. Vår forskningsstudie tar sikte på å ta et første skritt mot identifisering av den ideelle metoden for å bruke cerebral oksimetri i hjerteoperasjoner for å forbedre nevrologiske resultater gjennom økende presisjon i håndtering av hemodynamiske så vel som laboratorieverdier gjennom en behandlingsalgoritme.

Den andre komponenten av denne studien inkorporerer metabolomisk profilering når vi foredler den perioperative behandlingen av hjertekirurgipasienter for å forbedre deres cerebrale utfall. Til tross for enorm forskningsinnsats de siste tiårene, er det for tiden ingen spesifikk og enkelt nevrologisk biomarkør (eller paneler av biomarkører) som har blitt validert for klinisk bruk. I mellomtiden er nevro-imaging (CT og MR) fortsatt gullstandarden for diagnostisering av cerebral skade. Organspesifikke biomarkører, hvis identifisert, har potensial til å være en pålitelig og kostnadseffektiv metode for å diagnostisere, veilede behandling, klassifisere alvorlighetsgraden av hjerneslag, forutse kognitiv funksjon og forutsi komplikasjoner. Nylig har metabolomisk profilering muliggjort omfattende analyser av endringer i metabolsk drivstoffvalg i en rekke modeller, inkludert kardioplegistans. Fremskritt innen analytisk teknologi har muliggjort kvantitativ analyse av flere hundre metabolitter i en enkelt måling med høy gjennomstrømning og sensitivitet.

Metabolomisk profilering innebærer kvantifisering av småmolekylære metabolitter fra kroppsvæsker eller vev i ett enkelt trinn, og har potensial for tidlig diagnose, terapiovervåking og undersøkelse av patogenesen til ulike sykdommer. Denne biomarkørdeteksjonen utføres i celler, vev eller biovæsker ved enten kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi eller massespektrometri (MS) som deretter gjennomgår multivariat dataanalyse. Jung et al., ved bruk av 1H-NMR-spektropi kombinert med multivariat statistisk analyse vurderte slagpasienter. I denne studien ble forstyrret metabolsk mønster i både plasma og urin fra pasienter med kjente hjerneinfarkthendelser vurdert for å identifisere et spesifikt proteom assosiert med hjerneslag. En lignende undersøkelse har blitt utført med en bredere kvantifisering av nevroproteomikk ved bruk av en gnagermodell. Prognostiske biomarkører for akutt nyreskade hos pasienter som gjennomgår kardiopulmonal bypass (CPB) er også undersøkt. Til tross for potensialet for bred anvendelse, har metabolomisk profilering ikke blitt brukt til å veilede nevrobeskyttende behandling hos pasienter som gjennomgår hjertekirurgi. Vi tror den unike kombinasjonen av disse to metodene utgjør en verdifull mulighet ikke bare for å forbedre pasientens nevrokognitive utfall, men også for å få innsikt i hvilke biomarkører som representerer cerebral iskemi eller andre tegn på cerebral skade.

Våre spesifikke mål er å: 1. Vurdere den transcerebrale metabolomiske profilen og nevrokognitive utfall som respons på cerebral skade hos pasienter som overvåkes og behandles i henhold til cerebral oksimetri (NIRS) og de som nettopp er overvåket med NIRS.

Basert på tilgjengelig litteratur er arbeidshypotesen vår at sammenlignet med kun overvåkede pasienter, vil cerebral drivstoffutnyttelse bli forskjellig påvirket hos pasienter som overvåkes og behandles ved å følge en spesifikk nevrobeskyttende algoritme.

1.a. Test plasmakonsentrasjonene av metabolitter som representerer aminosyre-, karbohydrat-, energi-, lipid- og nukleotidveier ved hjelp av kjernemagnetisk resonans (NMR) og massespektrometri.

1.b. Sammenlign den nevrokognitive funksjonen til behandlede og ubehandlede pasienter ved å bruke et omfattende testbatteri bestående av 5 vurderingsmodaliteter ved baseline, ved utskrivningstidspunktet og 6 uker postoperativt.