Depolaryzacja rozszerzająca się kory mózgowej po ciężkim urazie mózgu

Celem tego badania jest lepsze zrozumienie rozprzestrzeniających się depolaryzacji korowych (CSD) jako mechanizmu wtórnego uszkodzenia w ciężkim urazowym uszkodzeniu mózgu (TBI). Podstawowymi przeszkodami w postępie w leczeniu TBI są jego heterogeniczność pod względem przyczyny, nasilenia, patofizjologii i niedostatku celów terapeutycznych. W chwili obecnej nie ma interwencji w celu odwrócenia lub przywrócenia funkcji tkanki mózgowej uszkodzonej lub utraconej podczas początkowego urazu urazowego; dlatego uwaga terapeutyczna koncentruje się na minimalizowaniu wtórnych urazów, które skutkują rozszerzeniem początkowego uszkodzenia mózgu.

W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił znaczny postęp w zrozumieniu potencjalnych mechanizmów wtórnego urazu po ciężkim TBI. Jest to ważna praca, ponieważ uważa się, że wtórny uraz po ciężkim TBI znacznie zwiększa ciężkość początkowego urazu i uważa się, że ten typ urazu jest otwarty na interwencje w celu złagodzenia późniejszej ciężkości urazu. Wśród domniemanych mechanizmów wtórnego urazu po ciężkim TBI niedawno wykazano, że istnieje związek między zdarzeniami CSD a gorszymi wynikami po ciężkim TBI. W związku z tym uzasadnione jest dokładniejsze zrozumienie czynników, które wpływają na inicjację i częstość CSD po TBI, w celu opracowania strategii terapeutycznych w celu zmniejszenia lub zablokowania występowania tych zdarzeń.

U młodych ludzi TBI jest główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności w krajach rozwiniętych. TBI jest częstym następstwem przypadkowego urazu w USA i dotyczy około 2,5 miliona osób rocznie, z czego około 10% wymaga przedłużonej hospitalizacji, często na oddziale intensywnej terapii. Około 275 000 (15,1%) przyjęć do szpitali i 52 000 zgonów każdego roku w USA jest spowodowanych TBI. Ci, którzy przeżyją początkową zniewagę, niezmiennie muszą stawić czoła przedłużonemu pobytowi na oddziale intensywnej terapii neurologicznej (OIOM), możliwej interwencji neurochirurgicznej i przedłużonemu okresowi opieki podtrzymującej po ostrym przebiegu. Szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych 5,3 miliona osób żyje z długotrwałą niepełnosprawnością w wyniku TBI.

Biorąc pod uwagę złożoność i czas trwania opieki medycznej towarzyszącej ciężkiemu TBI, koszty opieki związanej z TBI są ogromne. Szacuje się, że całkowite opłaty szpitalne za przyjęcia związane z TBI w 2010 roku wyniosły 21,4 miliarda dolarów. Poza opłatami szpitalnymi szacuje się, że TBI kosztuje amerykańską gospodarkę 76,5 miliarda dolarów rocznie, przy czym koszty związane z niepełnosprawnością i utraconą produktywnością przewyższają koszty doraźnej opieki medycznej i rehabilitacji.

Od czasu ich pierwszego opisu w 1944 r., szerzące się depolaryzacje (SD) zostały następnie wykazane w licznych badaniach na zwierzętach jako mechanizm wtórnego uszkodzenia mózgu po udarze niedokrwiennym, krwotoku podpajęczynówkowym (SAH) i urazowym uszkodzeniu mózgu. Wykazano również, że SD występują w istocie szarej mózgu człowieka u pacjentów po ostrych urazach mózgu, takich jak TBI, SAH i udar niedokrwienny. Do tej pory monitorowanie elektrokortykografii (ECoG) u ponad 500 pacjentów po TBI wykazało, że SD występują u 55-90% osób przez kilka dni lub tygodni po początkowym urazie. Badania te wykazały początkowy szczyt częstości SD w 1-2 dni po TBI i drugi szczyt w 6-7 dni. Ponadto SD są związane z gorszymi wynikami po TBI.

Po raz pierwszy wykazano, że SD, które składają się z masywnych fal, które depolaryzują neurony i astrocyty oraz zakłócają miejscową funkcję kory mózgowej na kilka minut lub godzin, występują u pacjentów z ciężkim TBI dzięki zapisom ECoG uzyskanym z pojedynczych pasków elektrod podtwardówkowych. W tych badaniach pacjenci z ciężkim TBI, którzy przeszli interwencję neurochirurgiczną w celu odbarczenia i/lub usunięcia krwiaka, mieli pojedyncze liniowe paski elektrod podtwardówkowych (sześć elektrod z odstępem 10 mm między elektrodami) umieszczone w pobliżu epicentrum urazu, co umożliwiło uzyskanie ciągłych zapisów ECoG przez okres do do 7 dni po początkowym urazie. Powyższe badania i kilka kolejnych badań były ważnymi krokami do wykazania, że ​​(1) zjawisko SD, które zostało po raz pierwszy opisane w badaniach na zwierzętach, występuje u pacjentów po TBI oraz (2) SD są związane z gorszym rokowaniem po TBI.

Pomimo poczynionych postępów, poprzednie badania przerywały zapisy ECoG po maksymalnie 7 dniach. 7-dniowy okres rejestracji jest jednak prawdopodobnie niewystarczający do dokładnego scharakteryzowania całkowitego obciążenia SD po TBI, ponieważ poprzednie prace pokazują wczesny szczytowy okres SD około 0-2 dni po TBI, po którym następuje względny okres spoczynku, a następnie drugi szczyt zwiększonej częstotliwości SD około 7 dni po TBI. Dlatego dłuższy okres rejestracji zapewni lepsze zrozumienie naturalnej historii SD po TBI i pozwoli na dokładniejsze zrozumienie czynników fizjologicznych i patofizjologicznych, które wpływają na inicjację tych zdarzeń patologicznych.

Wszystkie wcześniejsze zapisy ECoG SD opierały się na podtwardówkowych paskach elektrod składających się z liniowego układu elektrod umieszczonych nad korą mózgową w pobliżu stłuczonej tkanki mózgowej. Ta strategia nagrywania jest odpowiednia do przechwytywania zdarzeń SD, jednak daje możliwość monitorowania niewielkiego obszaru powierzchni korowej. Mały obszar monitorowania nałożył kilka ograniczeń na wcześniejsze badania. Po pierwsze, CSD są rejestrowane w ograniczonej odległości od każdego styku elektrody rejestrującej. CSD, które występują poza regionem monitorowania, nie są rejestrowane, a zatem wcześniejsze badania prawdopodobnie nie doceniają prawdziwej częstotliwości zdarzeń SD po TBI. Po drugie, liniowa konfiguracja pasków podtwardówkowych nie zapewnia odpowiednich informacji przestrzennych dotyczących fal CSD, aby określić pochodzenie lub kierunek propagacji. Poprawiona rozdzielczość przestrzenna zapisów ECoG w połączeniu z odpowiednimi technikami analitycznymi pozwoli na określenie kierunku propagacji fali SD i ewentualnie identyfikację ognisk patologicznych, z których pochodzą SD. Identyfikacja pochodzenia SD umożliwi korelację tych lokalizacji z obrazowaniem w celu określenia cech strukturalnych i patologii, które powodują to patologiczne zjawisko.

Ogólnym celem tego badania jest wstępna ocena ulepszonej strategii rejestrowania i technik analitycznych w celu lepszego zdefiniowania zdarzeń SD i nieprawidłowości strukturalnych w poważnie uszkodzonym mózgu, które powodują te zdarzenia CSD w ciężkim TBI. Aby osiągnąć ten cel, niniejsze badanie wykorzysta 4 podtwardówkowe paski elektrod rozmieszczone w celu wytworzenia siatki 4x4 styków elektrod do rejestrowania aktywności ECoG w połączeniu z jednoczesną akwizycją kilku innych pomiarów fizjologicznych u pacjentów z TBI wymagających interwencji neurochirurgicznej.

Wyniki tego badania mogą zapewnić kluczowy postęp w zakresie zarówno monitorowania zdarzeń CSD po TBI, jak i identyfikacji określonych typów patologii, które powodują te zdarzenia. Byłby to ważny kolejny krok w opracowywaniu nowych interwencji w celu zmniejszenia lub wyeliminowania częstości SD u pacjentów z TBI, a tym samym stopnia wtórnego uszkodzenia mózgu, które prowadzi do większej zachorowalności i śmiertelności po ciężkim uszkodzeniu mózgu.

Pomimo postępów, jakie poczyniono w opiece nad pacjentami po ciężkim uszkodzeniu mózgu, TBI nadal wiąże się z bardzo wysoką chorobowością i śmiertelnością. Opracowanie skutecznych metod leczenia minimalizujących zachorowalność i śmiertelność po TBI było utrudnione z powodu fundamentalnego braku zrozumienia czynników, które przyczyniają się do wtórnego urazu po początkowym inicjującym traumatycznym zdarzeniu. Dzięki lepszemu zrozumieniu mechanizmów wtórnego uszkodzenia mózgu po TBI, takim jak CSD, a także metod monitorowania zdarzeń patologicznych, będzie więcej możliwości opracowania nowych metod leczenia. Jest to badanie wstępne, którego celem jest lepsze scharakteryzowanie CSD po ciężkim TBI.

Elektrody podtwardówkowe były szeroko stosowane do rejestrowania aktywności ECoG po TBI i innych formach uszkodzenia mózgu. Pomimo konieczności inwazyjnej formy rejestracji, aktywność ECoG pozostaje jedynym ustalonym sposobem monitorowania zdarzeń CSD. Inwazyjne neuromonitorowanie za pomocą elektrod podtwardówkowych zostało po raz pierwszy zademonstrowane w latach trzydziestych XX wieku i nadal jest powszechnie wykonywaną procedurą neurochirurgiczną do monitorowania padaczki. Niedawny retrospektywny przegląd wykazał, że ogólny odsetek powikłań wynosi około 9,1%, przy czym u 0,6% pacjentów występują trwałe ubytki neurologiczne po podtwardówkowym umieszczeniu elektrod.19 Co więcej, w Centrum Medycznym Uniwersytetu Minnesoty nie odnotowano ani jednej infekcji związanej z podtwardówkowym umieszczeniem elektrody. Oprócz umożliwienia wykrywania zdarzeń CSD, elektrody podtwardówkowe pozwolą na identyfikację napadów subklinicznych, a zatem mogą przynieść korzyści kliniczne pacjentom poddawanym rejestracji elektrody podtwardówkowej.

Pacjenci włączeni do tego badania zostaną wybrani spośród pacjentów wymagających interwencji neurochirurgicznej w postaci kraniektomii lub kraniotomii, a zatem nie będą narażeni na inwazyjną procedurę wyłącznie w celu umieszczenia podtwardówkowych elektrod rejestrujących. Podczas standardowej procedury kraniektomii/kraniotomii opona twarda jest otwierana w celu odsłonięcia, umożliwiając umieszczenie podtwardówkowych pasków rejestrujących przy minimalnych modyfikacjach standardowej procedury chirurgicznej. Po umieszczeniu pasków podtwardówkowych elektrody będą wyprowadzane z mózgu tak, aby wychodziły poza mózg, minimalizując ryzyko infekcji. Takie podejście ma tę dodatkową zaletę, że po zakończeniu okresu badania tunelowane elektrody można usunąć przy łóżku chorego.

Oprócz zapisów ECoG, w ramach badań zostaną umieszczone inne formy inwazyjnego neuromonitoringu, w tym śruba Licox (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) do pomiaru ICP, utlenowania i temperatury tkanki mózgowej, a także zewnętrzny drenaż komorowy (EVD). obecnego standardu leczenia ciężkiego TBI.

Okres badania będzie trwał tak długo, jak klinicznie wskazane jest inwazyjne neuromonitorowanie po ciężkim TBI. Jak wskazano w sekcji dotyczącej tła, poprzednie dochodzenia w sprawie CSD zakończyły się po 7-dniowym okresie rejestracji. Krótszy okres rejestracji prawdopodobnie utrudniał pełne zrozumienie naturalnej historii CSD po ciężkim TBI, a tym samym pełne zrozumienie czynników patofizjologicznych, które powodują te zdarzenia. Wydłużenie okresu rejestracji do pełnego okresu klinicznie wskazanego inwazyjnego neuromonitoringu będzie wiązało się z minimalnym dodatkowym ryzykiem, ponieważ rejestracja podtwardówkowa jest rutynowo wykonywana na Uniwersytecie w Minnesocie w celu monitorowania padaczki przez 4-6 tygodni bez udokumentowanych poważnych powikłań.

Hennepin County Medical Center (HCMC) to regionalne centrum urazowe poziomu 1, które obsługuje górny środkowy zachód i jest jednym z miejsc szkoleniowych w ramach programu rezydencji neurochirurgicznej University of Minnesota. Jako duży regionalny ośrodek urazowy, w przeszłości istniała duża liczba pacjentów z ciężkim TBI wymagających interwencji neurochirurgicznej w postaci kraniektomii lub kraniotomii z późniejszym przedłużonym inwazyjnym neuromonitoringiem niezbędnym jako część klinicznego standardu opieki. Badana populacja zostanie wybrana spośród wszystkich pacjentów po urazach, którzy zgłaszają się na oddział ratunkowy HCMC, do izby urazowej lub bezpośrednio przeniesieni na oddział neurochirurgii.