Neuroobrazowanie Ryzyko delirium pooperacyjnego

Majaczenie to zmienne zaburzenie świadomości, któremu towarzyszą zaburzenia uwagi, funkcji poznawczych, percepcji, regulacji emocjonalnej, zdolności psychomotorycznych oraz regulacji cyklu snu i czuwania. Majaczenie często występuje po operacji w znieczuleniu ogólnym i stanowi częste powikłanie pooperacyjne u pacjentów w podeszłym wieku (>=65 lat). „Majaczenie pooperacyjne” (POD) odnosi się do występowania majaczenia już od momentu bezpośrednio po operacji, tj. w chwili wybudzenia ze znieczulenia ogólnego, i do 30 dni po operacji. Odnotowane występowanie POD jest bardzo zmienne i waha się od 10% do 70%, w zależności od wieku pacjentów, kryteriów diagnostycznych i rodzaju operacji. Szczególnie bezbronni są najstarsi pacjenci z najbardziej złożonymi medycznie przypadkami, poddawani operacjom złamania serca, naczyń lub biodra. POD wiąże się z pogorszeniem funkcjonalności; odnotowano liniowy związek między śmiertelnością a liczbą dni majaczenia. Wykazano również, że POD zwiększa ryzyko demencji nawet 10-krotnie, przy 2-krotnym zwiększeniu ryzyka umieszczenia w ośrodku zamkniętym i śmierci. POD wydłuża czas pobytu w szpitalu ogólnym i wiąże się z ponad dwukrotnym zwiększeniem rocznych kosztów leczenia. Dlatego istnieje potrzeba wyjaśnienia mechanizmów POD i identyfikacji czynników ryzyka, które mogą ułatwić odpowiednie zarządzanie opieką nad pacjentem w celu ograniczenia występowania POD, zarówno z punktu widzenia zdrowia, jak i kosztów.

Zidentyfikowano kilka czynników ryzyka POD, które można podzielić na dwie grupy w zależności od tego, kiedy występują w związku z zabiegiem chirurgicznym. Przedoperacyjne „wyjściowe” czynniki ryzyka POD obejmują starszy wiek, istniejące wcześniej zaburzenia poznawcze, zaburzenia sensoryczne i funkcjonalne, stosowanie leków psychotropowych, duże zaburzenia depresyjne w wywiadzie (MDD), pobyt w placówce opiekuńczej i większą liczbę chorób współistniejących, szczególnie w odniesieniu do chorób sercowo-naczyniowych. Okołooperacyjne i śródoperacyjne czynniki ryzyka „wywołujące” obejmują ból okołooperacyjny, nieznajomość środowiska, rodzaj operacji, zaburzenia snu, dawkowanie środków znieczulających, użycie cewnika do pęcherza moczowego i rodzaj stosowanych leków. Indywidualne ryzyko POD zostało modelowane jako suma tych wyjściowych i wywołujących czynników ryzyka, przy czym zwiększone obciążenie wyjściowymi czynnikami przedoperacyjnymi wymaga mniejszej liczby około-/śródoperacyjnych czynników wywołujących do wywołania POD. Ta interakcja między czynnikami wyjściowymi i czynnikami wywołującymi jest zgodna z hipotezą rezerwy czynnościowej układu nerwowego, która sugeruje, że zdolność danej osoby do tolerowania sytuacji obejmujących stres mózgu lub „uszkodzenie” mózgu zależy od jej podstawowej rezerwy funkcjonalnej – reprezentującej „odporność” pacjenta. Podstawowe przedoperacyjne czynniki ryzyka POD można postrzegać jako czynniki zmniejszające rezerwę lub odporność pacjenta, a okołooperacyjne i śródoperacyjne czynniki ryzyka „wywołujące” można postrzegać jako główne przykłady sytuacji obejmujących obciążenie mózgu. Wykazano, że niska rezerwa funkcjonalna jest niezależnym czynnikiem ryzyka POD. Dlatego też wysoce uzasadnione jest badanie podstawowych przedoperacyjnych zaburzeń neurologicznych, które powodują zmniejszenie odporności pacjenta na stresory około- i śródoperacyjne i zwiększają ryzyko POD. Badacze ocenią, czy dwa potencjalne wyjściowe przedoperacyjne uszkodzenia układu nerwowego wpływają na ryzyko POD.

Układ glimfatyczny to niedawno odkryty system usuwania odpadów w mózgu, wykorzystujący kanały okołonaczyniowe do przemieszczania płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) przez miąższ mózgu i z niego, zabierając ze sobą produkty przemiany materii i metabolity zewnątrzkomórkowe, zasadniczo oczyszczając mózg. Kanały wodne akwaporyny-4 zlokalizowane na końcu astrocytów stanowią istotny element tego układu, ułatwiając przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego z przestrzeni okołonaczyniowych do przestrzeni śródmiąższowej. Dostępnych jest kilka nieinwazyjnych metod oceny aspektów funkcjonowania układu glimfatycznego u ludzi. Zaproponowano pierwszy miernik, w którym szybka akwizycja fMRI (TR<400ms) – z krawędzią graniczną objętości (tj. wycinka 0) umieszczoną na poziomie komory czwartej – pozwala na wykrycie napływu płynu docierającego do krawędzi głośność obrazowania przy dużej intensywności sygnału. Stwierdzono, że uzyskany sygnał CSF z powolnymi oscylacjami przy częstotliwości około 0,05 Hz miał znacznie większą amplitudę podczas snu niż czuwania, napędzany przez powolne oscylacje neuronowe w zakresie delta (~1-4 Hz) i był antykorelowany z wahaniami globalnej szarości sprawa POgrubiony sygnał. Spadek tej antykorelacji odnotowano u pacjentów z chorobą Parkinsona i był on istotnie powiązany z niższą wydajnością poznawczą w narzędziu Montreal Cognitive Assessment. Donoszono o związku pomiędzy zmniejszonym globalnym sprzężeniem przepływu BOLD-CSF a nasileniem choroby małych naczyń, związanym ze zwiększonym poszerzeniem przestrzeni okołonaczyniowej. Zatem globalne sprzężenie BOLD-CSF może stanowić wskazówkę dotyczącą upośledzenia transportu glifatycznego.

Drugie niedawne podejście opracowano przy użyciu obrazowania tensora dyfuzji (DTI) obrazów ważonych dyfuzją w celu oceny ruchu cząsteczek wody wzdłuż głębokich żył rdzeniowych i towarzyszących im przestrzeni okołonaczyniowych biegnących prostopadle do ścian komór w przekroju poprzecznym na poziomie bocznego ciała komorowe. W tym miejscu rozmieszczenie różnych typów włókien pozwala na rozróżnienie dyfuzyjności wody wzdłuż przestrzeni okołonaczyniowej niezależnie od dyfuzji w obrębie korowofugowych włókien projekcji korony promienistej (biegnących w kierunku czaszkowo-ogonowym, tj. osi z) i górnych podłużnych włókien asocjacyjnych pęczków ( biegnące w kierunku przednio-tylnym, tj. oś y). Podejście to, zwane metodą „DTI-ALPS”, tj. „obrazowaniem tensora dyfuzji wzdłuż przestrzeni okołonaczyniowej”, umożliwia nieinwazyjny pomiar transportu glimfatycznego (tj. przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego przez przestrzeń okołonaczyniową) w tym konkretnym miejscu, jako przestrzeń okołonaczyniowa biegnie prostopadle zarówno do włókien projekcyjnych, jak i asocjacyjnych. Obszary zainteresowania są najpierw ręcznie oznaczane na podstawie skanu ważonego T1 w celu pomiaru dyfuzyjności w tych włóknach w trzech kierunkach (x, y i z). Dyfuzję okołonaczyniową można ocenić niezależnie od dyfuzji wzdłuż obszarów projekcji i asocjacji, identyfikując stosunek średniej dyfuzyjności na osi x w obu obszarach do średniej dyfuzyjności tych obszarów na osiach prostopadłych do osi x i dróg włókien, tj. oś y dla włókien projekcyjnych i oś z dla włókien asocjacyjnych.

Czynniki okołooperacyjne, takie jak rodzaj GA, w połączeniu z różnymi innymi czynnikami okołooperacyjnymi, mogą zmieniać pooperacyjne funkcjonowanie mózgu poprzez wpływ na układ limfatyczny. Dysfunkcja tego układu usuwającego szkodliwe metabolity z mózgu może prowadzić do zaburzeń neurologicznych i zapalenia nerwów. Zmniejszony transport w układzie glimfatycznym prowadzi do zwiększonej akumulacji amyloidu beta i tau, wywołując zapalenie układu nerwowego prowadzące do łańcucha procesów, które kończą się uszkodzeniem neuronów. Zgłaszano i zgłaszano pooperacyjny wzrost poziomu amyloidu beta i tau, który okazał się czynnikiem ryzyka POD. Jak wskazano powyżej, różne środki znieczulające mają różny wpływ na układ glimfatyczny, a wykazano, że rodzaj środka znieczulającego jest czynnikiem ryzyka POD u pacjentów. Lotne środki znieczulające, takie jak izofluran lub sewofluran, mają większe ryzyko wywołania POD, podczas gdy dożylne środki znieczulające, takie jak deksmedetomidyna i propofol, najwyraźniej mają raczej działanie ochronne przeciwko POD.

Starsi pacjenci, ale nie młodzi ludzie, są bardzo podatni na POD, co rodzi pytanie, dlaczego ta grupa jest selektywnie podatna. Jak wspomniano wcześniej, przedoperacyjne czynniki ryzyka POD obejmują przedkliniczną chorobę Alzheimera, mikrozatory mózgowe, otępienie naczyniowe, hiperglikemię i inne choroby nerwowo-naczyniowe lub neurodegenerację, z których wszystkie wykazują upośledzenie transportu glimfatycznego. Starzenie się wiąże się ze zmianami zwyrodnieniowymi, takimi jak depolaryzacja lub obniżona regulacja akwaporyny-4, brak snu i zmniejszona pulsacja naczyń mózgowych, a wszystkie te czynniki mogą potencjalnie upośledzać transport w układzie glimfatycznym. Zgodnie z hipotezą rezerwy czynnościowej zasugerowano, że u podatnych pacjentów z ryzykiem POD występuje wcześniej upośledzenie układu glifatycznego, które postępuje powoli, bez znaczącego upośledzenia funkcji poznawczych, oraz że okołooperacyjne czynniki ryzyka nasilają istniejące wcześniej uszkodzenie układu glimfatycznego w sposób wykraczający poza kompensacyjny limitu, co skutkuje znaczącymi zmianami poznawczymi. Teoria ta sugeruje, że podstawowe przedoperacyjne pomiary transportu w układzie glimfatycznym mogą dostarczać informacji na temat ryzyka POD. Naszym głównym celem jest zbadanie, czy podstawowe przedoperacyjne pomiary transportu układu glimfatycznego mogą być przydatne w identyfikacji pacjentów z ryzykiem POD, z wykorzystaniem dwóch opisanych wcześniej nieinwazyjnych pomiarów opartych na MR.

Ogólnym celem obecnego badania jest zbadanie potencjalnych leżących u podstaw mechanizmów patobiologicznych, które przyczyniają się do POD, w celu lepszego zrozumienia mechanizmów tego częstego zaburzenia u osób starszych oraz usprawnienia opieki okołooperacyjnej i zarządzania pacjentem. Ocenione zostanie, czy upośledzenie transportu układu glimfatycznego na poziomie wyjściowym przed operacją może informować o ryzyku POD. Wszystkie wartości docelowe zostaną ocenione na poziomie wyjściowym przedoperacyjnym. Ocena, czy pacjenta klasyfikuje się jako „pacjent POD”, czy „pacjent noPOD”, opiera się na rozpoznaniu majaczenia w którymkolwiek z pięciu dni po operacji (w tym w dniu operacji).