Funksjonell nær-infrarød spektroskopi i hjertekirurgi for voksne

Perioperativ cerebral skade er en vanlig og betydelig komplikasjon hos pasienter som gjennomgår hjertekirurgi. 1,2 Under hjertekirurgi kan cerebral skade oppstå som følge av hypoperfusjon, cerebral emboli og/eller betennelse. 3 Disse intraoperative cerebrale skadene kan manifestere seg som postoperativ nevrokognitiv dysfunksjon (f.eks. nedsatt hukommelse og oppmerksomhet, humørsvingninger), hjerneslag, delirium, synsfeltmangel og koma. 4 Rundt 1 % til 4 % av hjertekirurgiske pasienter med lukkede kammer hjerteprosedyrer er kompliserte med hjerneslag. Forekomsten av hjerneslag øker markant til ca. 8 % til 9 % ved åpent kammer (f.eks. klaffekirurgi) eller kombinerte/komplekse prosedyrer. Disse pasientene med nevrologisk skade er assosiert med økt postoperativ dødelighet, forlenget intensivavdeling, sykehusopphold, redusert livskvalitet og redusert langtidsoverlevelse. 4 Til tross for fremskritt innen kirurgiske teknikker og perioperativ behandling som har ført til en progressiv reduksjon i hjertekirurgisk dødelighet siden 1980-tallet1,5,6, har forekomsten av postoperative nevrologiske komplikasjoner holdt seg relativt uendret. Dette er i stor grad knyttet til mangelen på effektiv overvåking og intervensjon for å oppdage og dempe intraoperativ cerebral skade.

En potensielt behandlingsbar årsak til cerebral skade under hjertekirurgi er hypoperfusjonsrelatert infarkt/iskemi. 7 Vannskille, eller grensesone, ligger langs grensesoner mellom territoriene til to store cerebrale arterier (f.eks. midtre og bakre, eller fremre og midtre cerebrale arterier) der det eksisterer terminale arteriolære anastomoser som er mer utsatt for hypoperfusjonsrelatert infarkt/ iskemi. 8 Disse hypoperfusjonsrelaterte skadene kan potensielt behandles ved å øke systematisk blodtrykk dersom disse skadene blir identifisert tidlig. Tidligere studie har brukt elektroencefalografi for å oppdage intraoperativ hjerneskade ved vannskilleområdet9, men den kliniske nytten av elektroencefalografi er begrenset på grunn av det tungvinte oppsettet og den komplekse logistikken. Som sådan har denne studien som mål å bruke en ny flerkanals fNIRS for å oppdage og overvåke cerebral oksygenering ved flere hjerneregioner samtidig for voksne pasienter som gjennomgår under hjertekirurgi. Denne studien vil øke erfaringene med å bruke fNIRS som et overvåkingsverktøy i hjertekirurgi og forbedre forståelsen av det cerebrale skademønsteret under hjertekirurgi.

Multikanals funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS) er en fremvoksende hjerneavbildningsteknikk for å måle hemodynamiske endringer på den kortikale overflaten. Under anskaffelsen av fNIRS-data sendes lys (600-900 nm) ut fra lyskilder som kan passere gjennom hodeskallen og nå cortex. Fotoner reflektert fra cortex kan oppdages og kvantifiseres av detektorer plassert i umiddelbar nærhet til kildene. Lys absorberes hovedsakelig av oksygenert hemoglobin og deoksygenert hemoglobin, som har distinkte absorpsjonsspektre. Endringer i konsentrasjonene av oksy- og deoksy-hemoglobin avledet fra nevronal aktivering kan kvantifiseres ved å bruke to eller flere bølgelengder. De tidlige studiene har vist at bruk av to-kanals cerebral nær-infrarød spektroskopi kan unngå dyp cerebral desaturasjon og er assosiert med betydelig færre forekomster av større organdysfunksjon. 10 En hovedbegrensning av to kanaler NIRS er imidlertid at sensorplassering for øyeblikket er begrenset til pannen som kun frontallappene overvåkes. Slik plassering forhindrer overvåking av det kritiske bakre vannskillet ved sammenføyningen av de fremre, midtre og bakre cerebrale arteriene, og resulterer i uoppdaget hjerneslag til tross for at pasientene har normal cerebral oksygenering gjennom operasjonen. Mangelen på omfattende kortikal dekning av de viktige hjerneområdene, som for eksempel vannfelt, begrenser også nytten av to kanaler NIRS som et forskningsverktøy for å vurdere regional cerebral flyt og metabolisme under hjertekirurgi. Multichannel fNIRS tilbyr en rekke fordeler for å vurdere kirurgiske pasienter intraoperativt, inkludert dens høye tidsmessige oppløsning (~100ms), lave kostnader og portabilitet. Flerkanals fNIRS tillater opptil 64 kanaler med sanntidsdatainnsamling og tolkning, noe som tillater tilstrekkelige romlige og tidsmessige oppløsninger for å vurdere hjerneregionene som er i fare intraoperativt. I denne studien vil bare 16 kanaler bli brukt for å vurdere hjernens oksygenering.

fNIRS-systemet i denne studien er en klasse I Health Canada-godkjent enhet (NIRx NIRScout 64x32 Laser/LED 4-bølgelengde fNRIS-system, info: https://nirx.net/nirscout). Det varmes ikke opp og kan heller ikke skade synet. Denne kommersielt tilgjengelige enheten har blitt brukt trygt i tidligere studier i neonatalbefolkningen i Western (WREM-nummer: 111168, 113443) og andre studier publisert i litteraturen. Denne enheten er godkjent for overvåking av hjerneoksygenering hos mennesker.

Enkeltsteds, prospektiv, observasjonsstudie hvor pasienter som gjennomgår hjertekirurgiske prosedyrer vil bli overvåket ved hjelp av flerkanals fNIRS-overvåking for å vurdere cerebral oksygenering i områder av hjernen som er utsatt for skade under hjertekirurgi. Ingen intervensjon vil bli brukt i denne studien. Totalt 40 pasienter vil bli inkludert i studien og motta denne overvåkingen under operasjonen. Det vil ikke være noen randomisering og ingen ytterligere endringer i standarden for omsorg.

Pasienter som godtar å delta i denne studien vil motta hjerneovervåking i form av flerkanals fNIRS-overvåking som ikke er standardbehandling. Dette består av å ha på seg NIRS-hetten som skal plasseres på pasientens hode i henhold til internasjonale operasjonelle retningslinjer og festes til det temporale området av pasientens panne. NIRS-hetten er fullstendig ikke-invasiv og utgjør ingen ytterligere risiko for pasienten. Overvåking vil bli påbegynt før induksjon av anestesi.