Cerebralt nitrosativt/oksidativt stress ved aneurysmal subaraknoidalblødning (NOX2)

BAKGRUNN:

Aneurysmal subaraknoidal blødning (SAH) har høy sykelighet og dødelighet. Dette er i stor grad på grunn av utviklingen av sekundær hjerneskade, inkludert komplikasjonsforsinket cerebral iskemi (DCI), som påvirker 30 % av de første overlevende. Mekanismene bak sekundær hjerneskade etter SAH er ufullstendig forstått.

Nitrogenoksid (NO) er en potent endogen vasodilator produsert fra arginin av enzymet nitrogenoksidsyntase (NOS), som finnes i tre isoformer: endotelial, nevronal og induserbar NOS (eNOS, nNOS og iNOS). Under tilstander med betennelse og oksidativt stress 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 etter SAH, 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 (og en nøkkelmekanisme bak DCI), hevder andre at en overproduksjon av NO mediert av iNOS er maladaptiv respons som fører til forverret vevsskade pga. nitrosativt stress.

Den transcerebrale (dvs. arteriell til jugulær venøs) utveksling av NO-metabolitter og dens innbyrdes sammenheng med oksidativt stress har aldri blitt studert hos pasienter med SAH. Etterforskerne antar at SAH er assosiert med en initial reduksjon i den cerebrovaskulære biotilgjengeligheten av NO på grunn av frie radikaler. Dette kan bidra til en ond sirkel, der en resulterende økning i mikrovaskulær motstand, cerebral hypoperfusjon og hjernevevshypoksi ytterligere øker frie radikaler og NO-utarming, noe som til slutt fører til iskemisk hjerneskade og dårlig resultat.

HYPOTESER:

Den nåværende eksplorative studien vil karakterisere transcerebral utveksling av oksidative/nitrosative stressmarkører og NO-metabolitter i den tidlige fasen etter SAH sammenlignet med friske frivillige. I tillegg vil den undersøke påvirkningen av disse forstyrrelsene på indekser for hjerneiskemi og metabolsk dysfunksjon, vurdert ved multimodal nevromonitorering, og påvirkningen av induserte endringer i arteriell oksygenspenning (PaO2). Etterforskerne antar at:

1. Pasienter vil ha en større cerebral utstrømning av oksidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebrovaskulær biotilgjengelighet av NO sammenlignet med friske kontroller.
2. SAH-pasienter vil vise en progressiv reduksjon i transcerebral frigjøring av oksidative/nitrosative stressmarkører og en tilsvarende økning i den cerebrovaskulære biotilgjengeligheten av NO i dagene etter ictus.
3. En større klinisk alvorlighetsgrad av SAH vil være assosiert med en større transcerebral frigjøring av oksidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebrovaskulær biotilgjengelighet av NO.
4. En lavere oksygenspenning i hjernevev (PbtO2) og en større belastning av hjernevevshypoksi (definert som prosentandelen av overvåkingstid med en PbtO2 <20 mmHg) vil være assosiert med en større cerebral utstrømning av oksidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebral biotilgjengelighet av NO.
5. Et større mikrodialysat-laktat/pyruvat-forhold og en større belastning av hjernens metabolske krise (definert som prosentandelen av overvåkingstid med et laktat/pyruvat-forhold >40 og glukosekonsentrasjon <0,7 mmol/l) vil være assosiert med en større cerebral efflux av oksidative/nitrosative stressmarkører og en lavere cerebral biotilgjengelighet av NO.
6. Indusert mild hypoksi vil være assosiert med økt transcerebral frigjøring av markører for oksidativt/nitrosativt stress og en reduksjon i den cerebrovaskulære biotilgjengeligheten av NO sammenlignet med baseline, mens indusert mild hyperoksi vil ha motsatt effekt.

For eksplorative formål vil vi også ta prøver av cerebrospinalvæske (CSF) hos pasienter med eksternt ventrikkeldren og overskudd av cerebralt mikrodialysat når dette er tilgjengelig.

METODER:

Studien er en prospektiv fysiologisk studie som vil inkludere pasienter med SAH innlagt på Nevrointensive Care Unit (NICU) på Rigshospitalet. Pasientinkludering vil fortsette til vi har innhentet fullstendige data om 20 pasienter i den intervensjonelle delstudien (se nedenfor), eller til 1. april 2024, da vil inkluderingen stoppes og data analyseres uavhengig av antall inkluderte pasienter . I tillegg vil 12 friske forsøkspersoner inkluderes for å fungere som kontrollgruppe.

Praktisk gjennomføring av studien, pasienter:

Pasienter vil få satt inn et arteriekateter kort tid etter innleggelse som en del av rutinemessig behandling. I tillegg vil det så tidlig som mulig etter at aneurismen er sikret, settes inn et retrograd internt jugulært venekateter (RJV kateter) for prøvetaking av cerebralt venøst ​​blod. Vitale parametere vil bli overvåket i henhold til standard praksis i NICU, og pasienter vil gjennomgå kontinuerlig multimodal nevromonitorering av intrakranielt trykk (ICP), PbtO2 og hjernemetabolisme (cerebral mikrodialyse). Under intervensjoner vil transkraniell Doppler-ultralyd (TCD) bli brukt for å bestemme gjennomsnittlig strømningshastighet i den midtre hjernearterie som et surrogatmål på cerebral blodstrøm. Studien vil bestå av en observasjons- og en intervensjonell delstudie, som er beskrevet individuelt nedenfor.

Observasjonsunderstudie: Parede blodprøver (dvs. samtidige blodprøver fra RJV og arteriekatetre) vil bli tatt 1) ​​umiddelbart etter plassering av RJV-kateteret (forventet: dag 0-2 etter innleggelse), 2) under intervensjoner (se nedenfor) , og 3) kort tid før fjerning av RJV-kateteret (forventet: dag 3-6 etter innleggelse). I tillegg til blodprøvetaking vil pasienter med eksisterende eksternt ventrikkeldren gjennomgå prøvetaking av CSF, og pasienter med cerebralt mikrodialysekateter vil gjennomgå prøvetaking av overskudd av mikrodialysat for eksplorative formål.

Intervensjonell understudie: Mild hypo- og hyperoksi vil bli indusert av i randomisert rekkefølge ved å endre ventilatorinnstillinger (brøkdelen av inspirert oksygen), med sikte på en PaO2 på 9-10 kPa for mild hypoksi og 13-14 kPa for mild hyperoksi (standard behandlingsmål: 10-12 kPa). Blodprøver vil bli tatt ved baseline (normoksi) og etter 60 minutter etter hver intervensjon (3 parede blodprøver totalt).

Praktisk gjennomføring av studien, sunne kontroller:

Eksperimenter med friske forsøkspersoner vil bli utført på NICU. Instrumentering og overvåking ligner det som er beskrevet ovenfor: et arterielt- og RJV-kateter vil bli satt inn, og forsøkspersonene vil gjennomgå TCD-overvåking som en indeks for cerebral blodstrøm i tillegg til standard kardiorespiratorisk overvåking.

Etter instrumentering og en kort hvileperiode vil det bli gjennomført en baseline-evaluering, hvoretter forsøkspersonene vil gjennomgå intervensjoner i randomisert rekkefølge: Hypo- og hyperoksi vil bli indusert ved hjelp av en tettsittende maske koblet til en ikke-repustende ventil, en ende- tidevanns CO2-monitor, og et reservoar forsynt gjennom komprimerte gassflasker. Fraksjonen av inspirert oksygen vil bli titrert, med sikte på en PaO2 på 9-10 kPa for mild hypoksi og 13-14 kPa for mild hyperoksi. I tillegg vil friske forsøkspersoner gjennomgå en tredje intervensjon der brøkdelen av inspirert oksygen vil økes til 100 %. Isocapni vil bli sikret ved å tilføre CO2 til den inspirerte luften ad hoc. Blodprøver vil bli tatt ved baseline (normoksi) og etter 60 minutter med mild hypoksi, 60 minutter med mild hyperoksi og 60 minutter med "alvorlig hyperoksi".

BIOKJEMISKE ANALYSER:

Ved hvert prøvetakingstidspunkt vil en liten mengde blod umiddelbart bli analysert for nivåer av blodgasser og syre-basestatus. De gjenværende biologiske prøvene vil bli sentrifugert, alikvotert og lagret ved -80°C frem til analyse.

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 plasma NO-konsentrasjon (nitrat (NO3-) + nitritt (NO2-) + S-nitrosothioler (RSNO)) og total røde blodlegemer bundet NO (nitritt (NO2-) + nitrosylhemoglobin (HbNO) ) + 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.