Mózgowy stres nitrozacyjny/oksydacyjny w tętniakowatym krwotoku podpajęczynówkowym (NOX2)

TŁO:

Tętniakowaty krwotok podpajęczynówkowy (SAH) wiąże się z dużą chorobowością i śmiertelnością. Jest to w dużej mierze spowodowane rozwojem wtórnego uszkodzenia mózgu, w tym powikłaniem opóźnionego niedokrwienia mózgu (DCI), które dotyka 30% początkowych osób, które przeżyły. Mechanizmy wtórnego uszkodzenia mózgu po SAH nie są do końca poznane.

Tlenek azotu (NO) jest silnym endogennym środkiem rozszerzającym naczynia krwionośne, wytwarzanym z argininy przez enzym syntazę tlenku azotu (NOS), który występuje w trzech izoformach: śródbłonkowej, neuronalnej i indukowanej NOS (eNOS, nNOS i iNOS). W stanach zapalnych i stresie oksydacyjnym wolne rodniki mogą reagować z NO, tworząc nadtlenoazotyn (ONOO-), który jest wysoce reaktywny i może bezpośrednio uszkadzać makrocząsteczki biologiczne, takie jak lipidy i białka. Zjawisko to, czyli zwiększona produkcja reaktywnych form azotu, potencjalnie prowadząca do uszkodzenia komórek, nazywane jest stresem nitrozacyjnym.

Powszechnie uważa się, że stres oksydacyjny/nitrozacyjny i związane z nim zaburzenia metabolizmu NO biorą udział w rozwoju wtórnego uszkodzenia mózgu po SAH, jednak dokładna rola tych mechanizmów pozostaje nie do końca poznana. Podczas gdy niektórzy autorzy uważają, że dysfunkcja NOS i wynikająca z tego niska biodostępność NO są ważną przyczyną wtórnego uszkodzenia mózgu (i kluczowym mechanizmem stojącym za DCI), inni twierdzą, że nadprodukcja NO za pośrednictwem iNOS jest nieprzystosowaną odpowiedzią prowadzącą do nasilenia uszkodzenia tkanki z powodu stres nitrozowy.

Przezmózgowa (tj. tętnicza do żyły szyjnej) wymiana metabolitów NO i jej wzajemny związek ze stresem oksydacyjnym nigdy nie były badane u pacjentów z SAH. Badacze postawili hipotezę, że SAH jest związany z początkowym zmniejszeniem biodostępności NO w naczyniach mózgowych z powodu wychwytywania przez wolne rodniki. Może to przyczynić się do błędnego koła, w którym wynikający z tego wzrost oporu mikronaczyniowego, hipoperfuzja mózgowa i niedotlenienie tkanki mózgowej dodatkowo zwiększają produkcję wolnych rodników i wyczerpanie NO, co ostatecznie prowadzi do niedokrwiennego uszkodzenia mózgu i złego wyniku.

HIPOTEZY:

Niniejsze badanie eksploracyjne scharakteryzuje transmózgową wymianę markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i metabolitów NO podczas wczesnej fazy po SAH w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami. Dodatkowo zbadany zostanie wpływ tych zaburzeń na wskaźniki niedokrwienia mózgu i dysfunkcji metabolicznych oceniane za pomocą multimodalnego neuromonitoringu oraz wpływ indukowanych zmian ciśnienia tętniczego tlenu (PaO2). Badacze stawiają hipotezę, że:

1. Pacjenci będą mieli większy wypływ mózgowy markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i niższą biodostępność NO w naczyniach mózgowych w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej.
2. Pacjenci z SAH będą wykazywać postępujący spadek przezmózgowego uwalniania markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i odpowiedni wzrost biodostępności NO w naczyniach mózgowych w dniach następujących po napadzie.
3. Większa ostrość kliniczna SAH będzie związana z większym przezmózgowym uwalnianiem markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i niższą biodostępnością NO w naczyniach mózgowych.
4. Niższe ciśnienie tlenu w tkance mózgowej (PbtO2) i większe obciążenie niedotlenieniem tkanki mózgowej (zdefiniowane jako odsetek czasu monitorowania z PbtO2 <20 mmHg) będą związane z większym wypływem mózgowym markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i niższą biodostępnością mózgową z NIE.
5. Większy stosunek mleczan/pirogronian w mikrodializacie i większe obciążenie kryzysem metabolicznym mózgu (definiowane jako odsetek czasu monitorowania przy stosunku mleczan/pirogronian >40 i stężeniu glukozy <0,7 mmol/l) będą związane z większym wypływem mózgowym markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i niższą mózgową biodostępnością NO.
6. Indukowana łagodna hipoksja będzie związana ze zwiększonym przezmózgowym uwalnianiem markerów stresu oksydacyjnego/nitrozacyjnego i zmniejszeniem biodostępności NO w naczyniach mózgowych w porównaniu z wartością wyjściową, podczas gdy indukowana łagodna hiperoksja będzie miała odwrotny skutek.

W celach badawczych będziemy również pobierać próbki płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) od pacjentów z zewnętrznym drenem komorowym i nadmiarem mikrodializatu mózgowego, jeśli taki będzie dostępny.

METODY:

Badanie jest prospektywnym badaniem fizjologicznym, które obejmie pacjentów z SAH przyjętych na Oddział Neurointensywnej Terapii (OIOM) w Rigshospitalet. Włączanie pacjentów będzie kontynuowane do czasu uzyskania pełnych danych dotyczących 20 pacjentów w badaniu interwencyjnym (patrz poniżej) lub do 1 kwietnia 2024 r., kiedy to włączanie zostanie wstrzymane, a dane będą analizowane niezależnie od liczby włączonych pacjentów . Ponadto 12 zdrowych osobników zostanie włączonych jako grupa kontrolna.

Praktyczny przebieg badania, pacjenci:

W ramach rutynowej opieki pacjentom zostanie wprowadzony cewnik do tętnicy krótko po przyjęciu. Ponadto, tak szybko jak to możliwe po zabezpieczeniu tętniaka, wprowadzony zostanie wsteczny cewnik do żyły szyjnej wewnętrznej (cewnik RJV) w celu pobrania krwi żylnej mózgu. Parametry życiowe będą monitorowane zgodnie ze standardową praktyką na OIOM-ie dla noworodków, a pacjenci będą poddawani ciągłemu multimodalnemu neuromonitoringowi ciśnienia wewnątrzczaszkowego (ICP), PbtO2 i metabolizmu mózgu (mikrodializa mózgowa). Podczas interwencji przezczaszkowa ultrasonografia dopplerowska (TCD) zostanie wykorzystana do określenia średniej prędkości przepływu w tętnicy środkowej mózgu jako zastępczej miary przepływu krwi w mózgu. Badanie będzie składało się z części obserwacyjnej i interwencyjnej, które opisano osobno poniżej.

Badanie częściowe obserwacyjne: Sparowane próbki krwi (tj. jednoczesne próbki krwi z cewników RJV i tętniczych) zostaną pobrane 1) natychmiast po umieszczeniu cewnika RJV (przewidywane: dzień 0-2 po przyjęciu), 2) podczas interwencji (patrz poniżej) , oraz 3) na krótko przed usunięciem cewnika RJV (przewidywany: 3-6 dzień po przyjęciu). Oprócz pobierania krwi od pacjentów z istniejącym zewnętrznym drenem komorowym zostanie pobrany płyn mózgowo-rdzeniowy, a od pacjentów z cewnikiem do mikrodializy mózgowej zostanie pobrany nadmiar mikrodializatu w celach badawczych.

Badanie dodatkowe interwencyjne: Łagodna hipo- i hiperoksja będą indukowane w losowej kolejności poprzez zmianę ustawień respiratora (frakcja wdychanego tlenu), dążąc do uzyskania PaO2 na poziomie 9-10 kPa dla łagodnej hipoksji i 13-14 kPa dla łagodnej hiperoksji (standardowe cel leczenia: 10-12 kPa). Próbki krwi będą pobierane na początku badania (normoksja) i po 60 minutach każdej interwencji (łącznie 3 sparowane próbki krwi).

Praktyczny przebieg badania, zdrowe grupy kontrolne:

Na OIOM-ie prowadzone będą eksperymenty na zdrowych osobach. Oprzyrządowanie i monitorowanie są podobne do opisanych powyżej: zostanie wprowadzony cewnik tętniczy i RJV, a pacjenci zostaną poddani monitorowaniu TCD jako wskaźnikowi przepływu krwi w mózgu oprócz standardowego monitorowania krążeniowo-oddechowego.

Po oprzyrządowaniu i krótkim okresie odpoczynku zostanie przeprowadzona ocena wyjściowa, po której badani zostaną poddani interwencjom w losowej kolejności: Hipo- i hiperoksja zostaną wywołane za pomocą ściśle przylegającej maski połączonej z zaworem nieoddychającym, monitor pływów CO2 oraz zbiornik zasilany butlami ze sprężonym gazem. Frakcja wdychanego tlenu będzie miareczkowana, dążąc do uzyskania PaO2 na poziomie 9-10 kPa w przypadku łagodnego niedotlenienia i 13-14 kPa w przypadku łagodnej hiperoksji. Dodatkowo osoby zdrowe zostaną poddane trzeciej interwencji, podczas której frakcja wdychanego tlenu zostanie zwiększona do 100%. Izokapnię zapewni dodanie CO2 do wdychanego powietrza ad hoc. Próbki krwi zostaną pobrane na linii podstawowej (normoksja) i po 60 minutach łagodnej hipoksji, 60 minutach łagodnej hiperoksji i 60 minutach „ciężkiej hiperoksji”.

ANALIZY BIOCHEMICZNE:

W każdym punkcie czasowym pobierania próbki niewielka ilość krwi będzie natychmiast analizowana pod kątem gazometrii i stanu kwasowo-zasadowego. Pozostałe próbki biologiczne zostaną odwirowane, podzielone na porcje i przechowywane w temperaturze -80°C do czasu analizy.

Próbki krwi będą analizowane pod kątem następujących markerów stresu oksydacyjnego: rodnik askorbinianowy, wodoronadtlenki lipidowe, mieloperoksydaza oraz przeciwutleniacze glutation, α/γ-tokoferol, α/β-karoten, retinol i likopen.

Oznaczone zostaną następujące metabolity NO: całkowite stężenie NO w osoczu (azotan (NO3-) + azotyn (NO2-) + S-nitrozotiole (RSNO)) oraz całkowity NO związany z krwinkami czerwonymi (azotyny (NO2-) + hemoglobina nitrozowa (HbNO) ) + S-nitrozohemoglobina (HbSNO)). Ponadto oznaczona zostanie 3-nitrotyrozyna jako marker zastępczy peroksyazotynu.

Oznaczone zostaną następujące biomarkery uszkodzenia jednostki nerwowo-naczyniowej: S100ß, glejowe kwaśne białko fibrylarne, specyficzna dla neuronów enolaza, karboksy-końcowa hydrolaza ubikwityny L1, łańcuch lekki neurofilamentu i całkowite tau.