Cerebral beskyttelse ved aortabuekirurgi

Aortabuekirurgi brukes til å behandle livstruende aortadisseksjoner, aortaaneurismer som involverer buen og andre aortapatologier. Prosedyren utføres under dyp hypoterm sirkulasjonsstans. Nevrologiske komplikasjoner er skadelige og invalidiserende for pasientene, selv om de overlever. På 1990-tallet var risikoen for hjerneslag etter aortabueoperasjon 48 % med dyp hypoterm sirkulasjonsstans. Risikoen for hjerneslag har i stor grad gått ned til ca. 3 % etter elektiv kirurgi og 11 % etter akutt aortabue-reparasjon de siste årene, i stor grad tilskrevet utviklingen av gjeldende cerebrale beskyttelsesstrategier. Til tross for dette er risikoen for hjerneslag betydelig høy og det følger med ødeleggende funksjonshemninger for pasientene, noe som fører til lengre sykehusopphold og lavere livskvalitet for overlevende pasienter.

Nevrologiske komplikasjoner er ikke uten en økonomisk byrde for NHS helsevesen. Etter å ha analysert 84 184 pasienter innlagt på sykehus med hjerneslag, er det rapportert at den gjennomsnittlige totale helse- og sosialkostnaden for en slagpasient i Storbritannia er £22,429 etter 1 år, og dette beløpet øker til £46,039 på 5 år. Kostnadene øker også med alderen og alvorlighetsgraden av hjerneslaget (Figur 1).

Elektroencefalogram (EEG) og cerebral oksimetri er for tiden brukte modaliteter for cerebral iskemiovervåking, men de klarer ikke å oppdage tidlig cerebral iskemi. EEG behandler kun data fra overfladiske cortex-områder. Det påvirkes også av anestesimidler, nevromuskulære blokkeringsmidler og andre intraoperative faktorer. Cerebral oksymetri bruker nær-infrarød spektroskopi (NIRS) for å overvåke cerebral regional oksygenmetning i frontal cortex. Den har en svak prediktiv verdi for nevrologiske hendelser, og det finnes ingen data som støtter den optimale terskelen for oksymetri. Dessuten er det ingen sammenheng mellom spektroskopimålinger og slag. Den siste nye avbildningsmetoden for overvåking er transkraniell doppler-ultralyd. Det er operatøravhengig og bilder er vanligvis ervervet gjennom et lite transtemporalt vindu. Den måler hastighet i kraniale arterier som mellomhjernearterier, og den er ennå ikke validert med større studier. Begrensninger i disse overvåkingsmodalitetene kan ofte sette spørsmålstegn ved tilstrekkeligheten av cerebral beskyttelse.

Hjernen er et svært følsomt organ for hypoksemi, og blandet venøs oksygenmetning kan brukes til å estimere oksygentilførselen og bruken i kroppen ved å måle blodet som returnerer til høyre side av hjertet. Blandet venøs metning påvirkes av mange faktorer, som hjertevolum, respirasjon og oksygenering, og vevsmetabolisme i den perioperative perioden. Intraoperativt kan det tjene som en mer spesifikk markør for global oksygentilførsel under kardiopulmonal bypass siden pumpestrømmen og metabolske hastigheter er ganske konstante.

Alternativt kan visse proteiner, slik som S100B-proteinet, nevronspesifikk enolase og glialfibrillært protein (GFAP) overvåkes. De frigjøres til cerebrospinalvæsken (CSF) og blod etter cerebral skade. Konsentrasjonene deres korrelerer med omfanget av cerebral skade og forutsier de uønskede kliniske resultatene. Imidlertid kan ikke S100B og nevronspesifikk enolase nøyaktig diagnostisere hjerneslag, selv etter 6 timer fra begynnelsen av kliniske symptomer. Dessuten kan måleresultatene deres ta minst 2 timer, og også påliteligheten til målingene reduseres ved bruk av kardiopulmonal bypass. Derfor er deres anvendelighet i hyperakutte omgivelser ved aortakirurgi svært begrenset.

På den annen side har GFAP og ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCH-L1) blitt beskrevet som nye biomarkører for cerebral skade i en akutt setting. Den konvensjonelle målingen av GFAP ved bruk av ELISA-analyser kan ikke pålitelig oppdage lave nivåer av GFAP, spesielt i blodet. Siden introduksjonen av den bærbare vaktenheten for å måle GFAP- og UCH-L1-nivåer i blodet, kunne disse imidlertid måles på så lite som 10-15 minutter. Dette har banet vei for ytterligere å utforske rollen til GFAP som en biomarkør for tidlig identifisering av cerebral iskemi ved aortabuekirurgi.

Nyere studier har evaluert rollen til metabolske biomarkører; glukose, pyruvat, laktat, glutamat og glyserol, ved hjertekirurgi, ved bruk av mikrodialysemetoden. Selv om konvensjonell analyse av biomarkører er vanskelig på nær sanntidsbasis, er det mulig å bruke mikrodialysemetoden. Det har vært validert og i klinisk bruk i mer enn 30 år. Mikrodialysesystemet består av et lite kateter med en semipermeabel membran plassert i det interstitielle rommet, og fysiologisk saltløsning er konstant perfusert i kateteret slik at noen av de oppløste stoffene kan diffundere fra det interstitielle rommet inn i mikrodialysekateteret langs en konsentrasjonsgradient. Dialysatet kan deretter analyseres for konsentrasjoner av biomarkører.

Valg av biomarkører (glukose, pyruvat, laktat, glutamat og glyserol) er i stor grad avhengig av den kommersielt tilgjengelige analysekapasiteten til mikrodialysemetoden og tidligere studier på biomarkører i hjertekirurgi. Glukose er hjernens eneste drivstoff. Det brytes ned i den glykolytiske veien for å generere pyruvat, som deretter brukes i mitokondrier ved oksidativ metabolisme via trikarboksylsyresyklusen. I fravær av oksygen omdannes pyruvat til laktat ved laktatdehydrogenasereaksjonen for anaerob glykolyse. En økning i laktat-til-pyruvat-forholdet er vist å være en svært følsom biomarkør for forestående hjerneskade. Glutamat, som fungerer som den primære eksitatoriske nevrotransmitteren i hjernen, frigjøres i store mengder etter traumer, ulike hjernepatologier og iskemiske hendelser, slik som hjerneslag, som fører til eksitotoksisk skade og nevral celledød. Glyserol er også kjent for å være en sensitiv markør for fosfolipidcellulær membrannedbrytning etter iskemisk celleskade. Påvisning av biomarkører ved hjelp av mikrodialysemetoden nær sanntid er en lovende måte å utvikle et bedre cerebralt overvåkingssystem under aortakirurgi for å forhindre nevrologiske komplikasjoner.