Systemisk nitrosativt/oksidativt stress hos pasienter med akutt hjerneskade (NOX)

BAKGRUNN:

Akutt hjerneskade på grunn av traumatisk hjerneskade (TBI), intracerebral blødning (ICH) og aneurysmal subaraknoidal blødning (SAH) er en viktig årsak til dødelighet og varig uførhet over hele verden. Uavhengig av etiologien er akutt hjerneskade forbundet med en utbredt aktivering av cellulære og biokjemiske prosesser som kan forverre skaden etter primærskaden - dette kalles sekundær hjerneskade.

Nitrogenoksid (NO) er en potent endogen vasodilator produsert av arginin av enzymet nitrogenoksidsyntase (NOS), som finnes i tre isoformer: endotelial, nevronal og induserbar NOS (eNOS, nNOS og iNOS). Ved tilstander med betennelse og oksidativt stress (f.eks. ved akutt hjerneskade), kan frie radikaler reagere med NO og danne peroksynitritt (ONOO-), som er svært reaktivt og direkte kan skade biologiske makromolekyler som lipider og proteiner. Dette fenomenet, det vil si en økt produksjon av reaktive nitrogenarter som potensielt kan føre til cellulær skade, kalles nitrosativt stress.

Det er allment antatt at oksidativt/nitrosativt stress og tilhørende forstyrrelser i metabolismen av NO er ​​involvert i utviklingen av sekundær hjerneskade, men den nøyaktige rollen til disse mekanismene er fortsatt ufullstendig forstått. Mens noen forfattere mener at NOS-dysfunksjon og en resulterende lav NO-biotilgjengelighet er en viktig årsak til sekundær hjerneskade, hevder andre at en overproduksjon av NO mediert av iNOS er en feiltilpasset respons som fører til forverret vevsskade på grunn av nitrosativt stress.

Etterforskerne antar at akutt hjerneskade er assosiert med en umiddelbar økning i sirkulerende biomarkører for oksidativt stress og en reduksjon i biotilgjengeligheten av NO på grunn av dannelse av peroksynitritt (nitrosativt stress), og at dette representerer en viktig mekanisme bak utviklingen av sekundær hjerne skade. Denne nedgangen i NO-tilgjengelighet kan bidra til en ond sirkel der en resulterende økning i mikrovaskulær motstand, cerebral hypoperfusjon og hjernevevshypoksi øker produksjonen av frie radikaler ytterligere. Imidlertid antas det videre at den første reduksjonen i NO-tilgjengelighet følges av en iNOS-mediert økning i NO-metabolitter i de påfølgende dagene etter skade. Den foreliggende eksplorative studien vil forsøke å karakterisere disse endringene og deres rolle hos pasienter med akutt hjerneskade.

HYPOTESER:

1. Pasienter vil ha de høyeste nivåene av oksidative/nitrosative stressmarkører og laveste nivåer av NO-metabolitter umiddelbart etter ictus, med en progressiv reduksjon i oksidative/nitrosative stressmarkører og økning i NO-metabolitter i løpet av de påfølgende dagene.
2. Graden av oksidativt/nitrosativt stress vil være assosiert med et ugunstig klinisk forløp (f.eks. episoder med nevroforverring), dårlig nevrologisk utfall og død.
3. Pasienter med høyere sykdomsgrad (f.eks. en høyere World Federation of Neurological Surgeons-score for pasienter med SAH) vil ha en større grad av oksidativt/nitrosativt stress sammenlignet med pasienter med lavere sykdomsgrad.
4. Graden av oksidativt/nitrosativt stress vil være assosiert med graden av biomarkørbestemt nevrovaskulær enhetsskade.
5. Graden av oksidativt/nitrosativt stress vil være assosiert med tegn på systemisk organdysfunksjon.
6. Graden av oksidativt/nitrosativt stress og relativ NO-deplesjon er assosiert med hjernevevshypoksi, metabolsk krise i hjernen og kortikale spredningsdepolarisasjoner (i en undergruppe av pasienter som gjennomgår multimodal nevromonitorering).

METODER:

Studien er en enkeltsenter, prospektiv, eksplorativ, observasjonsstudie, som vil omfatte 50 pasienter med SAH, 50 pasienter med ICH og 50 pasienter med TBI innlagt på Nevrointensive Care Unit (NICU) på Rigshospitalet, København. Pasientinkludering vil fortsette inntil planlagt antall pasienter er registrert, eller til 1. mai 2023, da vil inkluderingen stoppes og data analyseres uavhengig av antall inkluderte pasienter.

Arterielle blodprøver vil bli tatt på 3 tidspunkter: dag 0-2 (tidlig), dag 3-5 (mellomliggende) og dag 6-8 (sent) etter innleggelse. Hvis det ikke er tilgjengelig arteriekateter, kan sentrale venøse eller perifere venøse prøver tas som et alternativ. Blodprøver vil kun bli tatt under innleggelse til nyavdelingen og/eller mellomavdelingen, og prøvetakingen vil bli stanset ved utskrivning til annen avdeling.

Demografiske, kliniske og parakliniske data vil bli innhentet fra hver enkelt pasients elektroniske journal. Data fra multimodal nevromonitorering (dvs. intrakranielt trykk, oksygenering av hjernevev, cerebral mikrodialyse og/eller elektrokortikografi) vil samles inn kontinuerlig sammen med fysiologiske parametere når tilgjengelig. Nevrologisk utfall (som bestemt av den modifiserte Rankin-skalaen) vil bli bestemt ved 6 måneder i forbindelse med et poliklinisk oppfølgingsbesøk på sykehuset eller gjennom telefonintervjuer.

BIOKJEMISKE ANALYSER:

Blodprøver vil bli analysert for følgende markører for oksidativt stress: askorbatradikalet, lipidhydroperoksider, myeloperoksidase og antioksidantene glutation, α/γ-tokoferol, α/β-karoten, retinol og lykopen.

Følgende NO-metabolitter vil bli bestemt: total NO-konsentrasjon i plasma (nitrat (NO3-) + nitritt (NO2-) + S-nitrosothioler (RSNO)) og total NO (nitritt (NO2-) + nitrosylhemoglobin (HbNO) bundet til røde blodlegemer) ) + S-nitrosohemoglobin (HbSNO)). I tillegg vil 3-nitrotyrosin bli bestemt som surrogatmarkør for peroksynitritt.

Følgende biomarkører for nevrovaskulær enhetsskade vil bli bestemt: S100ß, glialfibrillært surt protein, nevronspesifikk enolase, ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1, neurofilament light-chain og total tau.