Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni w kardiochirurgii dorosłych

Okołooperacyjne uszkodzenie mózgu jest częstym i istotnym powikłaniem pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym. 1,2 Podczas operacji kardiochirurgicznych może dojść do uszkodzenia mózgu w wyniku hipoperfuzji, zatorowości mózgowej i/lub stanu zapalnego. 3 Te śródoperacyjne urazy mózgu mogą objawiać się pooperacyjną dysfunkcją neurokognitywną (np. upośledzenie pamięci i uwagi, zmiany nastroju), udarem mózgu, delirium, ubytkami w polu widzenia i śpiączką. 4 Około 1% do 4% pacjentów kardiochirurgicznych z zabiegami kardiochirurgicznymi w zamkniętych komorach ma udar mózgu. Częstość występowania udaru znacznie wzrasta do około 8% do 9% w przypadku zabiegów otwartych (np. chirurgii zastawek) lub zabiegów łączonych/złożonych. Tacy pacjenci z uszkodzeniami neurologicznymi są związani ze zwiększoną śmiertelnością pooperacyjną, przedłużonym pobytem na oddziale intensywnej terapii, pobytem w szpitalu, obniżoną jakością życia i zmniejszonym przeżyciem długoterminowym. 4 Pomimo postępu w technikach chirurgicznych i opieki okołooperacyjnej, który doprowadził do stopniowego spadku śmiertelności po operacjach kardiochirurgicznych od lat 80. XX wieku1,5,6, częstość występowania pooperacyjnych powikłań neurologicznych pozostaje względnie niezmieniona. Jest to w dużej mierze związane z brakiem skutecznego monitorowania i interwencji w celu wykrycia i złagodzenia śródoperacyjnego uszkodzenia mózgu.

Jedną z potencjalnie uleczalnych przyczyn uszkodzenia mózgu podczas operacji kardiochirurgicznej jest zawał/niedokrwienie związane z hipoperfuzją. 7 Działy wodne lub strefy graniczne położone są wzdłuż stref granicznych między obszarami dwóch głównych tętnic mózgowych (np. środkowej i tylnej lub przedniej i środkowej tętnicy mózgowej), gdzie występują końcowe zespolenia tętniczek, które są bardziej podatne na zawał związany z hipoperfuzją/ niedokrwienie. 8 Te urazy związane z hipoperfuzją można potencjalnie leczyć poprzez zwiększenie systematycznego ciśnienia krwi, jeśli urazy te zostaną wcześnie wykryte. Poprzednie badanie wykorzystywało elektroencefalografię do wykrywania śródoperacyjnego uszkodzenia mózgu w obszarze zlewni9, ale użyteczność kliniczna elektroencefalografii jest ograniczona ze względu na uciążliwą konfigurację i złożoną logistykę. W związku z tym niniejsze badanie ma na celu wykorzystanie nowatorskiego wielokanałowego fNIRS do wykrywania i monitorowania natlenienia mózgu w wielu obszarach mózgu jednocześnie u dorosłych pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym. Badanie to zwiększy doświadczenie w stosowaniu fNIRS jako narzędzia monitorowania w kardiochirurgii i poprawi zrozumienie wzorca uszkodzenia mózgu podczas operacji kardiochirurgicznych.

Wielokanałowa funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (fNIRS) to nowa technika obrazowania mózgu do pomiaru zmian hemodynamicznych na powierzchni kory mózgowej. Podczas akwizycji danych fNIRS światło (600-900 nm) jest emitowane ze źródeł światła, które mogą przejść przez czaszkę i dotrzeć do kory mózgowej. Fotony odbite od kory mogą być wykrywane i oznaczane ilościowo przez detektory umieszczone w pobliżu źródeł. Światło jest pochłaniane głównie przez hemoglobinę utlenowaną i hemoglobinę odtlenioną, które mają różne widma absorpcji. Zmiany w stężeniach oksy- i dezoksyhemoglobiny pochodzące z aktywacji neuronów można określić ilościowo za pomocą dwóch lub więcej długości fal. Wczesne badania wykazały, że zastosowanie dwukanałowej mózgowej spektroskopii bliskiej podczerwieni pozwala uniknąć głębokiej desaturacji mózgu i wiąże się ze znacznie mniejszą częstością dysfunkcji głównych narządów. 10 Jednak jednym z głównych ograniczeń dwukanałowego NIRS jest to, że umieszczenie czujnika jest obecnie ograniczone do czoła i monitorowane są tylko płaty czołowe. Takie umiejscowienie uniemożliwia monitorowanie krytycznego tylnego działu wodnego na styku przedniej, środkowej i tylnej tętnicy mózgowej i skutkuje niewykrytym udarem, mimo że pacjenci mieli normalne utlenowanie mózgu podczas całej operacji. Brak kompleksowego pokrycia korowego ważnych obszarów mózgu, takich jak obszar zlewni, również ogranicza użyteczność dwóch kanałów NIRS jako narzędzia badawczego do oceny regionalnego przepływu mózgowego i metabolizmu podczas operacji kardiochirurgicznych. Wielokanałowy fNIRS oferuje szereg zalet śródoperacyjnej oceny pacjentów chirurgicznych, w tym wysoką rozdzielczość czasową (~100 ms), niski koszt i mobilność. Wielokanałowy fNIRS umożliwia akwizycję i interpretację danych w czasie rzeczywistym przez maksymalnie 64 kanały, co pozwala na uzyskanie odpowiedniej rozdzielczości przestrzennej i czasowej w celu śródoperacyjnej oceny obszarów mózgu zagrożonych. W tym badaniu do oceny dotlenienia mózgu wykorzystanych zostanie tylko 16 kanałów.

System fNIRS w tym badaniu to urządzenie klasy I zatwierdzone przez Health Canada (NIRx NIRScout 64x32 Laser/LED 4-wave length fNRIS system, info: https://nirx.net/nirscout). Nie nagrzewa się i nie może uszkodzić wzroku. To dostępne na rynku urządzenie było bezpiecznie stosowane we wcześniejszych badaniach populacji noworodków w Western (WREM #: 111168, 113443) i innych badaniach opublikowanych w literaturze. To urządzenie jest zatwierdzone do monitorowania utlenowania mózgu u ludzi.

Jednoośrodkowe, prospektywne, obserwacyjne badanie, w którym pacjenci poddawani zabiegom kardiochirurgicznym będą monitorowani za pomocą wielokanałowego monitorowania fNIRS w celu oceny utlenowania mózgu w obszarach mózgu podatnych na uraz podczas operacji kardiochirurgicznej. W tym badaniu nie będzie stosowana żadna interwencja. Łącznie 40 pacjentów zostanie włączonych do badania i będzie monitorowanych podczas operacji. Nie będzie randomizacji ani dodatkowych zmian w standardzie opieki.

Pacjenci, którzy wyrażą zgodę na udział w tym badaniu, otrzymają monitorowanie mózgu w formie wielokanałowego monitorowania fNIRS, które nie jest standardem opieki. Polega to na założeniu czepka NIRS, który zostanie umieszczony na głowie pacjenta zgodnie z międzynarodowymi wytycznymi operacyjnymi i zostanie przymocowany do obszaru skroniowego czoła pacjenta. Czapka NIRS jest całkowicie nieinwazyjna i nie stwarza żadnego dodatkowego ryzyka dla pacjenta. Monitorowanie zostanie rozpoczęte przed indukcją znieczulenia.