Ochrona mózgu w chirurgii łuku aorty

Operację łuku aorty stosuje się w leczeniu zagrażających życiu rozwarstwień aorty, tętniaków aorty obejmujących łuk oraz innych patologii aorty. Zabieg wykonywany jest w warunkach zatrzymania krążenia w głębokiej hipotermii. Powikłania neurologiczne są szkodliwe i powodują niepełnosprawność pacjentów, nawet jeśli przeżyją. W latach 90. ryzyko udaru mózgu po operacji łuku aorty wynosiło 48% przy zatrzymaniu krążenia w głębokiej hipotermii. Ryzyko udaru w ostatnich latach znacznie spadło do około 3% po planowej operacji i 11% po pilnej naprawie łuku aorty, co w dużej mierze przypisuje się rozwojowi obecnych strategii ochrony mózgu. Mimo to ryzyko udaru mózgu jest znacznie wysokie i towarzyszy mu wyniszczająca niepełnosprawność pacjentów, prowadząca do dłuższych pobytów w szpitalu i obniżenia jakości życia pacjentów, którzy przeżyli.

Powikłania neurologiczne nie pozostają bez obciążenia ekonomicznego dla systemu opieki zdrowotnej NHS. Po przeanalizowaniu 84 184 pacjentów przyjętych do szpitala z udarem stwierdzono, że średni całkowity koszt opieki zdrowotnej i społecznej pacjenta z udarem w Wielkiej Brytanii wynosi 22 429 GBP w ciągu 1 roku, a kwota ta wzrasta do 46 039 GBP w ciągu 5 lat. Koszty wzrastają również wraz z wiekiem i ciężkością udaru (ryc. 1).

Elektroencefalogram (EEG) i oksymetria mózgowa są obecnie stosowanymi metodami monitorowania niedokrwienia mózgu, jednak nie wykrywają wczesnego niedokrwienia mózgu. EEG przetwarza tylko dane z powierzchownych obszarów kory mózgowej. Wpływ na to mają również środki znieczulające, blokujące przewodnictwo nerwowo-mięśniowe i inne czynniki śródoperacyjne. Pulsoksymetria mózgowa wykorzystuje spektroskopię w bliskiej podczerwieni (NIRS) do monitorowania regionalnego nasycenia tlenem w korze czołowej mózgu. Ma słabą wartość predykcyjną zdarzeń neurologicznych i nie ma danych potwierdzających optymalny próg oksymetrii. Co więcej, nie ma związku między pomiarami spektroskopowymi a udarem. Najnowszą pojawiającą się metodą obrazowania do monitorowania jest przezczaszkowe USG dopplerowskie. Zależy od operatora, a obrazy są zwykle uzyskiwane przez małe okno międzyczasowe. Mierzy prędkość w tętnicach czaszkowych, takich jak środkowe tętnice mózgowe, i nadal wymaga potwierdzenia w większych badaniach. Ograniczenia w tych metodach monitorowania mogą często kwestionować adekwatność ochrony mózgu.

Mózg jest bardzo wrażliwym narządem na hipoksemię, a wysycenie mieszaną żylną tlenem można wykorzystać do oszacowania dostarczania i zużycia tlenu w organizmie poprzez pomiar krwi powracającej do prawej strony serca. Na wysycenie żył mieszanych ma wpływ wiele czynników, takich jak pojemność minutowa serca, oddychanie i utlenowanie oraz metabolizm tkanek w okresie okołooperacyjnym. Śródoperacyjnie może służyć jako bardziej specyficzny wskaźnik globalnego dostarczania tlenu podczas krążenia pozaustrojowego, ponieważ przepływ pompy i tempo metabolizmu są dość stałe.

Alternatywnie, można monitorować niektóre białka, takie jak białko S100B, enolaza specyficzna dla neuronów i białko fibrylarne gleju (GFAP). Są one uwalniane do płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) i krwi po uszkodzeniu mózgu. Ich stężenia korelują z rozległością uszkodzenia mózgu i prognozą niekorzystnych wyników klinicznych. Jednak S100B i enolaza specyficzna dla neuronów nie mogą dokładnie zdiagnozować udaru, nawet po 6 godzinach od wystąpienia objawów klinicznych. Co więcej, ich wynik pomiaru może zająć co najmniej 2 godziny, a wiarygodność pomiarów spada wraz z zastosowaniem krążenia pozaustrojowego. W związku z tym ich przydatność w operacjach aorty w warunkach nadostrych jest bardzo ograniczona.

Z drugiej strony GFAP i karboksy-końcowa hydrolaza L1 ubikwityny (UCH-L1) zostały opisane jako nowe biomarkery uszkodzenia mózgu w ostrym stanie. Konwencjonalny pomiar GFAP za pomocą testów ELISA nie pozwala wiarygodnie wykryć niskich poziomów GFAP, zwłaszcza we krwi. Jednak od czasu wprowadzenia przenośnego urządzenia do pomiaru poziomu GFAP i UCH-L1 we krwi, można je było zmierzyć w zaledwie 10-15 minut. Utorowało to drogę do dalszych badań nad rolą GFAP jako biomarkera we wczesnej identyfikacji niedokrwienia mózgu w chirurgii łuku aorty.

Ostatnie badania oceniały rolę biomarkerów metabolicznych; glukozy, pirogronianu, mleczanu, glutaminianu i glicerolu w kardiochirurgii metodą mikrodializy. Chociaż konwencjonalna analiza biomarkerów jest trudna w czasie zbliżonym do rzeczywistego, jest wykonalna przy użyciu metody mikrodializy. Został zatwierdzony i jest używany klinicznie od ponad 30 lat. System do mikrodializy składa się z małego cewnika z półprzepuszczalną membraną umieszczonego w przestrzeni śródmiąższowej, a roztwór soli fizjologicznej jest stale poddawany perfuzji w cewniku, umożliwiając dyfuzję części substancji rozpuszczonych z przestrzeni śródmiąższowej do cewnika do mikrodializy wzdłuż gradientu stężenia. Dializat można następnie analizować pod kątem stężeń biomarkerów.

Wybór biomarkerów (glukoza, pirogronian, mleczan, glutaminian i glicerol) jest w dużej mierze zależny od dostępnych na rynku możliwości analitycznych metody mikrodializy i wcześniejszych badań nad biomarkerami w kardiochirurgii. Glukoza jest jedynym paliwem dla mózgu. Jest rozkładany na szlaku glikolitycznym w celu wytworzenia pirogronianu, który jest następnie wykorzystywany w mitochondriach w wyniku metabolizmu oksydacyjnego poprzez cykl kwasu trikarboksylowego. W przypadku braku tlenu pirogronian jest przekształcany w mleczan w reakcji dehydrogenazy mleczanowej w celu beztlenowej glikolizy. Wykazano, że wzrost stosunku mleczanów do pirogronianów jest bardzo czułym biomarkerem zbliżającego się uszkodzenia mózgu. Glutaminian, który działa jako główny neuroprzekaźnik pobudzający w mózgu, jest uwalniany w nadmiernych ilościach po urazie, różnych patologiach mózgu i zdarzeniach niedokrwiennych, takich jak udar, co prowadzi do uszkodzenia ekscytotoksycznego i śmierci komórek nerwowych. Wiadomo, że gliceryna jest czułym markerem degradacji błony komórkowej fosfolipidów po niedokrwiennym uszkodzeniu komórek. Wykrywanie biomarkerów za pomocą metody mikrodializy w czasie zbliżonym do rzeczywistego jest obiecującym sposobem na opracowanie lepszego systemu monitorowania mózgu podczas operacji aorty, aby zapobiegać powikłaniom neurologicznym.