Określenie fenotypów patofizjologicznych niedotlenienia niedokrwiennego uszkodzenia mózgu po zatrzymaniu krążenia (DIFFUSION)

Cel: Opracowanie metod różnicowania pacjentów z niedotlenieniem i niedokrwiennym uszkodzeniem mózgu wykazujących zależność od dyfuzji i perfuzji. Po drugie, zbadanie podstawowych mechanizmów odpowiedzialnych za ograniczenie dyfuzji dostarczania tlenu.

hipotezy:

1. Pacjenci z PD będą wykazywać wzrost O2EF, gdy CBF jest zmniejszone podczas wentylacji hipokapnicznej, podczas gdy pacjenci z DL będą wykazywać minimalną zmianę O2EF, co wskazuje na obecność upośledzonego dyfuzyjnego transportu O2.
2. Biomarkery mózgu w surowicy będą większe w przypadku DL w porównaniu z PD, co wskazuje na przepuszczalność BBB, uszkodzenie gleju i aksonów.
3. Stosunek mleczanów do pirogronianów będzie zwiększony u pacjentów z DL vs. PD, co wskazuje na dysfunkcję mitochondriów.
4. Kliniczny wynik neurologiczny będzie gorszy u pacjentów z DL w porównaniu z PD.
5. Będzie zmniejszona proporcja makrofagów i związanych z nimi krążących komórek odpornościowych w opuszce żyły szyjnej w porównaniu z krążeniem tętniczym u pacjentów z DL.

Uzasadnienie:

Ten projekt badawczy ma na celu prospektywne rozróżnienie fenotypów patofizjologicznych niedotlenienia niedokrwiennego uszkodzenia mózgu (HIBI), nakreślenie podstawowych mechanizmów i określenie powiązanych wyników klinicznych. W Kanadzie około 40 000 osób rocznie doznaje zatrzymania akcji serca. HIBI, będący wynikiem urazu mózgu po zatrzymaniu krążenia, jest dominującym wyznacznikiem niekorzystnych następstw po zatrzymaniu krążenia, przy czym tylko u 5-15% pacjentów występują korzystne wyniki neurologiczne. Pozostała część osób, które przeżyły HIBI, może doświadczyć poważnych następstw neuropsychiatrycznych i znacznych kosztów opieki zdrowotnej (~160 000 USD na pacjenta rocznie). Biorąc pod uwagę te ponure wyniki, istnieją znaczne możliwości poprawy wyników.

Patofizjologia HIBI charakteryzuje się pierwotnym uszkodzeniem niedokrwiennym podczas zatrzymania krążenia i wtórnym uszkodzeniem po powrocie spontanicznego krążenia (ROSC). Ten wtórny uraz wynika w dużej mierze z niedostatecznego dostarczania tlenu do mózgu po resuscytacji (CDO2). CDO2 zależy od mózgowego przepływu krwi (CBF), który jest proporcjonalny do mózgowego ciśnienia perfuzyjnego (CPP) [średnie ciśnienie tętnicze (MAP) – ciśnienie wewnątrzczaszkowe (ICP)]. Biorąc pod uwagę, że zdecydowana większość patofizjologii HIBI charakteryzuje się niskim - normalnym ICP, głównym fizjologicznym wyznacznikiem ogólnego CDO2 w warunkach intensywnej opieki jest MAP.

Badania obserwacyjne powiązały niedociśnienie (zmniejszenie MAP i CBF) z niekorzystnymi wynikami neurologicznymi. Jednak randomizowane próby kontrolne dotyczące jednolitej augmentacji MAP nie wykazały skuteczności klinicznej ani biologicznej. Ta rozbieżność między postrzeganym znaczeniem optymalizacji MAP w okresie poresuscytacyjnym a brakiem skuteczności klinicznej sugeruje, że mogą istnieć luki w zrozumieniu patofizjologii HIBI. Uproszczone podejście do jednolitej augmentacji MAP zakłada, że ​​po dostarczeniu tlenu do łożyska naczyń włosowatych mózgu następuje normalna dyfuzja tlenu przez barierę krew-mózg (BBB), a normalne komórkowe wykorzystanie tlenu osiąga punkt kulminacyjny w neuronalnym metabolizmie tlenowym. Mózgowa homeostaza metaboliczna opiera się na integracji konwekcyjnego dostarczania tlenu, dyfuzji przez BBB i normalnego wykorzystania komórek przez mitochondria. Innymi słowy, podczas gdy zwiększanie CBF i CDO2 dostarcza więcej tlenu do mózgu, ta strategia odnosi się tylko do jednego składnika kaskady tlenowej i ignoruje istotną rolę dyfuzji i wykorzystania tlenu. Niedawno nasza grupa badawcza wykazała, że ​​pomimo inwazyjnego neuromonitoringu ukierunkowanego na cel, pacjenci z HIBI nadal doświadczali znacznego obciążenia niedotlenieniem mózgu. W analizie post-hoc wykazaliśmy unikalny fenotyp patofizjologiczny w podgrupie pacjentów z HIBI wykazujących ograniczenie dyfuzji (DL) dostarczania tlenu. W tym przypadku, pomimo optymalizacji konwekcyjnego CDO2 do łożyska naczyń włosowatych mózgu, u pacjentów zahamowano dyfuzję tlenu do tkanki miąższowej. Dokładne mechanizmy patofizjologiczne leżące u podstaw tego odkrycia w HIBI są nieznane. I odwrotnie, ta praca wskaźnikowa wykazała również, że inna podgrupa pacjentów z HIBI wykazywała nienaruszoną dyfuzję tlenu do miąższu, która była zależna od perfuzji ogólnoustrojowej. Te dwa różne fenotypy patofizjologiczne HIBI (ograniczenie dyfuzji [DL] i zależność od perfuzji [PD]) mają istotne implikacje dla opieki poresuscytacyjnej, ale pozostają kluczowe pytania badawcze. W szczególności ogromne znaczenie ma potwierdzenie tych fenotypów prospektywnie, określenie mechanizmów leżących u podstaw DL i zbadanie wyników klinicznych między DL a PD.

Zapalenie i wtórne uszkodzenie w DL: Dokładne mechanizmy leżące u podstaw wtórnego uszkodzenia i jego udział w ograniczeniu dyfuzji są niejasne. Niedawno nasza grupa badawcza wykazała uwalnianie netto interleukiny-6 z ​​miąższu mózgu / jednostki nerwowo-naczyniowej u pacjentów z HIBI wykazujących niedotlenienie mózgu i ograniczenie dyfuzji. Interleukina-6, kluczowa cytokina prozapalna, jest odpowiedzialna za inicjację kaskady zapalnej, diapedezę leukocytów, aktywację makrofagów i uwalnianie dodatkowych mediatorów stanu zapalnego. Kulminacja tej rozregulowanej odpowiedzi immunologicznej jest związana z dysfunkcją neuronów, apoptozą i śmiercią komórki. Dlatego zrozumienie proporcji podtypów komórek odpornościowych uczestniczących w tej rozregulowanej kaskadzie zapalnej w HIBI jest niezbędne do opracowania terapii ukierunkowanych na modulację kaskady zapalnej w celu zachowania wrażliwej tkanki nerwowej.

Cele:

Cel 1 (główny wynik): Potwierdzenie obecności DL vs. PD u pacjentów z HIBI poprzez ilościowe określenie zmian we frakcji ekstrakcji tlenu (O2EF), które występują wtórnie do zmniejszenia CBF przy wentylacji hipokapicznej.

Cel 2 (wynik drugorzędny): Porównanie różnic w biomarkerach mózgowych w surowicy u pacjentów z HIBI z DL vs. PD.

Cel 3 (wynik drugorzędny): Porównanie różnicy w stosunku mleczanów do pirogronianów u pacjentów z HIBI z DL vs. PD.

Cel 4 (wynik trzeci): Porównanie różnic w neurologicznym wyniku klinicznym u pacjentów z HIBI z DL vs. PD.

Cel 5 (wynik trzeciorzędowy): Porównanie różnic w odsetku krążących komórek odpornościowych (makrofagów) i rzadkich podtypów między umiejscowieniem opuszki żylnej tętniczej i szyjnej u pacjentów z DL.

Projekt badania: Będzie to prospektywne badanie obserwacyjne. Przegląd badania: To badanie zostanie przeprowadzone w Vancouver General Hospital. Świadoma zgoda zostanie uzyskana od zastępcy decydenta. Pierwszego dnia rozpocznie się neuromonitoring, zostanie pobrana krew z tętnicy i żyły szyjnej do gazometrii krwi i ilościowego oznaczenia biomarkerów w surowicy mózgu, a co godzinę będą wykonywane pomiary mikrodializy. Pobieranie próbek krwi tętniczej odbywa się z linii tętniczej, która jest umieszczana w ramach zwykłej opieki. Pobieranie próbek z opuszki szyjnej pobiera się z cewnika szyjnego, który jest umieszczony specjalnie do celów tego badania. Następnie określimy ilościowo oba gradienty PvO2-PbtO2 i przeprowadzimy test wentylacji hipokapńskiej, aby określić związek między perfuzją a O2EF. W dniach 2 i 3 neuromonitoring będzie kontynuowany, a krew do badania biomarkerów w surowicy i gazometrii będzie ponownie pobierana wraz z cogodzinną mikrodializą. Po 3 dniu neuromonitoring zostanie zdjęty na prośbę lekarza prowadzącego. Obrazowanie CT i MRI wykonane w ramach zwykłej opieki zostanie przeanalizowane pod kątem obciążenia niedokrwiennego. Wyniki kliniczne zostaną zebrane po 6 miesiącach u osób, które przeżyły.

Względy statystyczne. Wielkość próbki. Sparowany test t został wykorzystany do przybliżenia obliczeń wielkości próby dla liniowego modelu mieszanego. Aby odróżnić DL od PD, Menon i in. stwierdzili różnicę w zmianie O2EF około 10% pomiędzy pacjentami z PD i DL (15% [SD 7] vs. 5% [SD 4], p = 0,03) z ekspozycją na hipokapnię. Zakładając różnicę w O2EF wynoszącą 10% przy odchyleniu standardowym różnicy wynoszącym 9, zakładając alfa 0,05 i pożądaną moc 0,80, wielkość próby wynosi 28 pacjentów (G*moc). Zrekrutujemy 40 pacjentów, aby umożliwić wczesną śmiertelność przed zakończeniem trzech dni monitorowania. Biorąc pod uwagę nasze poprzednie rozkłady około 50% całej kohorty definiowanej jako DL i 50% jako PD, przewidujemy, że będziemy mieć co najmniej 14 pacjentów w każdej grupie. Biorąc pod uwagę nasz poprzedni wskaźnik rekrutacji 12 pacjentów w ciągu 12 miesięcy do inwazyjnego neuromonitoringu w HIBI po zatrzymaniu krążenia w naszej instytucji, ta wielkość próby będzie łatwo osiągalna w ciągu trzech lat. Plan analizy: Zmienne dyskretne zostaną podsumowane według częstotliwości i wartości procentowych. Zmienne ciągłe zostaną podsumowane przez średnią (SD) lub średnią (P10,P90), jeśli dane są skośne. Uznamy, że wartość P <0,05 jest statystycznie istotna.

1. Cel 1: Zbadane zostaną różnice w zmianie O2EF w obu badanych grupach podczas wentylacji hipokapńskiej w celu potwierdzenia obecności DL i PD. Ta analiza zostanie przeprowadzona za pomocą dwustronnego testu t dla niezależnych próbek na zmianę O2EF wtórną do hipokapnii między pacjentami z DL i PD. Porównane zostaną możliwości nieinwazyjnego określania DL i PD za pomocą O2EF z inwazyjną metodą gradientową PbtO2-PvO2. Analiza ta zostanie przeprowadzona wraz z analizą charakterystyki operatora odbiornika.
2. Cel 2: Różnice w stężeniach surowiczych biomarkerów mózgowych pomiędzy pacjentami z DL i PD zostaną zbadane za pomocą dwustronnych testów t niezależnych próbek.
3. Cel 3: Różnice w stosunkach mleczanów do pirogronianów z mikrodializy między pacjentami z DL i PD zostaną zbadane przy użyciu dwustronnych testów t niezależnych próbek w celu oceny dysfunkcji mitochondriów.
4. Cel 4: Różnice w klinicznych wynikach neurologicznych (BTACT i CPC) i jakości życia (EuroQol-5) po 6 miesiącach między pacjentami z DL i PD zostaną zbadane przy użyciu dwustronnych testów t niezależnych próbek.
5. Cel 5: Różnice w proporcjach krążących komórek immunologicznych (makrofagów) i rzadkich podtypów pomiędzy umiejscowieniem bańki żylnej tętniczej i szyjnej u pacjentów z DL zostaną zbadane za pomocą dwustronnych t-testów niezależnych próbek.
6. Eksploracyjne analizy wyników: Różnice w obciążeniu niedokrwiennym w CT głowy (wynik ASPECTS) i MRI mózgu (objętość hiperintensywnej istoty białej i odsetek wokseli na mapowaniu pozornego współczynnika dyfuzji < 650 x 106 mm/s na obrazowaniu ważonym dyfuzją) w obu grupy zostaną zbadane przy użyciu niezależnych prób dwustronnych t-testów.

Analiza oparta na płci: Ponieważ zrozumienie patofizjologii HIBI pozostaje ograniczone, nie jest jasne, czy istnieją różnice związane z płcią. W rezultacie ocena różnic związanych z płcią nie jest głównym wynikiem obecnego badania, ale obejmie analizę eksploracyjną, która ma na celu poinformowanie przyszłych badań i generowanie hipotez. W naszym OIT odsetek pacjentów przyjętych z powodu HIBI po zatrzymaniu krążenia wynosił około 60% mężczyzn i 40% kobiet w ciągu ostatnich 3 lat. W obecnym badaniu prawdopodobnie będzie podobny stosunek mężczyzn do kobiet. Wszystkie dane zostaną podzielone według płci, w odniesieniu do wszystkich pacjentów iw ramach każdej grupy pacjentów. W obrębie każdej grupy pacjentów (DL vs. PD) różnice między mężczyznami i kobietami zostaną ocenione za pomocą testów t dla niezależnych próbek. Przeprowadzona zostanie również analiza modelu liniowego efektów mieszanych (czynniki stałe: grupa pacjentów i płeć; czynnik losowy: pacjenci) z terminem interakcji dla grupy pacjentów*płeć. Chociaż prawdopodobnie niewystarczające do wykrycia znaczących skutków, te uwarstwione dane i powiązane z nimi wyniki statystyczne zostaną zgłoszone i opublikowane w suplemencie danych obok manuskryptu. Wszelkie znaczące efekty zostaną jednak uwzględnione w głównym dokumencie manuskryptu.