Delineando entre fenótipos fisiopatológicos de lesão cerebral hipóxico-isquêmica após parada cardíaca (DIFFUSION)

Objetivo: Desenvolver métodos para diferenciar entre pacientes com lesão cerebral hipóxico-isquêmica exibindo dependência de difusão versus dependência de perfusão. Secundariamente, investigar os mecanismos subjacentes responsáveis ​​pela limitação da difusão do fornecimento de oxigênio.

Hipóteses:

1. Os pacientes com DP exibirão aumentos no O2EF quando o CBF for reduzido durante a ventilação hipocápnica, enquanto os pacientes com DL exibirão uma alteração mínima no O2EF, indicando a presença de transporte difusivo de O2 prejudicado.
2. Os biomarcadores cerebrais séricos serão maiores com DL vs. PD, indicando permeabilidade BBB, lesão glial e axonal.
3. A relação lactato/piruvato estará aumentada em pacientes com DL vs. DP, indicando disfunção mitocondrial.
4. O resultado clínico neurológico será pior em pacientes com DL em comparação com DP.
5. Haverá uma proporção diminuída de macrófagos e células imunes circulantes associadas no bulbo venoso jugular versus a circulação arterial em pacientes com DL.

Justificação:

Este projeto de pesquisa visa diferenciar prospectivamente os fenótipos fisiopatológicos da lesão cerebral hipóxico-isquêmica (HIBI), delinear os mecanismos subjacentes e determinar os resultados clínicos associados. No Canadá, aproximadamente 40.000 pessoas por ano sofrem uma parada cardíaca. O HIBI, o insulto cerebral resultante após a parada cardíaca, é o determinante predominante do resultado adverso pós-parada cardíaca, com apenas 5-15% dos pacientes apresentando resultados neurológicos favoráveis. O restante dos sobreviventes do HIBI pode apresentar sequelas neuropsiquiátricas significativas e com custos de saúde significativos (~$ 160.000 por paciente anualmente). Dados esses resultados desanimadores, existem oportunidades significativas para melhorar os resultados.

A fisiopatologia do HIBI é caracterizada por uma lesão isquêmica primária durante a parada circulatória e uma lesão secundária após o retorno da circulação espontânea (ROSC). Essa lesão secundária decorre em grande parte do fornecimento inadequado de oxigênio cerebral pós-ressuscitação (CDO2). CDO2 é dependente do fluxo sanguíneo cerebral (CBF), que é proporcional à pressão de perfusão cerebral (CPP) [pressão arterial média (PAM) - pressão intracraniana (PIC)]. Dado que a grande maioria da fisiopatologia do HIBI é caracterizada por PIC baixa - normal, o determinante fisiológico primário do CDO2 geral no ambiente de cuidados intensivos é o MAP.

Estudos observacionais associaram a hipotensão (diminuição da PAM e CBF) a desfechos neurológicos adversos. No entanto, ensaios clínicos randomizados de aumento uniforme de MAP falharam em demonstrar eficácia clínica ou biológica. Essa discrepância entre a importância percebida de otimizar o MAP no período pós-ressuscitação e a falta de eficácia clínica sugere que pode haver lacunas na compreensão da fisiopatologia do HIBI. A abordagem simplista de aumento uniforme de MAP assume que, uma vez que o oxigênio é entregue ao leito capilar cerebral, a difusão normal de oxigênio ocorre através da barreira hematoencefálica (BHE) e a utilização celular normal de oxigênio culmina no metabolismo aeróbico neuronal. A homeostase metabólica cerebral é baseada na integração do fornecimento convectivo de oxigênio, difusão através da BHE e utilização celular normal pelas mitocôndrias. Em outras palavras, enquanto aumentar o CBF e o CDO2 fornece mais oxigênio ao cérebro, essa estratégia aborda apenas um componente da cascata de oxigênio e ignora os papéis vitais da difusão e utilização do oxigênio. Recentemente, nosso grupo de pesquisa demonstrou que, apesar do gerenciamento orientado a objetivos guiado por neuromonitoramento invasivo, os pacientes com HIBI continuaram a experimentar uma carga significativa de hipóxia cerebral. Em uma análise post-hoc, demonstramos um fenótipo fisiopatológico único em um subconjunto de pacientes com HIBI exibindo limitação de difusão (DL) do fornecimento de oxigênio. Nesse caso, apesar de otimizar a CDO2 convectiva para o leito capilar cerebral, a difusão de oxigênio no tecido parenquimatoso foi inibida nos pacientes. Os mecanismos fisiopatológicos precisos subjacentes a esse achado no HIBI são desconhecidos. Por outro lado, este trabalho sentinela também demonstrou que o outro subconjunto de pacientes com HIBI exibiu difusão de oxigênio intacta no parênquima, dependente da perfusão sistêmica. Esses dois fenótipos fisiopatológicos distintos de HIBI (limitação da difusão [DL] e dependência da perfusão [PD]) carregam implicações significativas para os cuidados pós-ressuscitação, mas as principais questões de pesquisa permanecem. Especificamente, a confirmação desses fenótipos prospectivamente, delineando os mecanismos subjacentes à DL e investigando os resultados clínicos entre DL e DP são de grande importância.

Inflamação e lesão secundária na DL: Os mecanismos precisos da lesão secundária subjacente e suas contribuições para a limitação da difusão não são claros. Recentemente, nosso grupo de pesquisa demonstrou uma liberação líquida de interleucina-6 do parênquima cerebral/unidade neurovascular em pacientes com HIBI exibindo hipóxia cerebral e limitação de difusão. A interleucina-6, uma citocina pró-inflamatória chave, é responsável pelo início da cascata inflamatória, diapedese de leucócitos, ativação de macrófagos e liberação de mediadores inflamatórios adicionais a jusante. O ponto culminante dessa resposta imune desregulada está associado à disfunção neuronal, apoptose e morte celular. Portanto, entender a proporção de subtipos de células imunes que participam dessa cascata inflamatória desregulada no HIBI é essencial para o desenvolvimento de terapias voltadas para a modulação da cascata inflamatória para a preservação do tecido neuronal vulnerável.

Objetivos.

Objetivo 1 (resultado primário): Confirmar a presença de DL vs. DP em pacientes com HIBI quantificando as alterações na fração de extração de oxigênio (O2EF) que ocorrem secundariamente a uma redução no CBF com ventilação hipocápnica.

Objetivo 2 (resultado secundário): Comparar as diferenças nos biomarcadores cerebrais séricos em pacientes com HIBI com DL versus DP.

Objetivo 3 (desfecho secundário): Comparar a diferença na relação lactato/piruvato em pacientes HIBI com DL vs. DP.

Objetivo 4 (resultado terciário): Comparar a diferença no resultado clínico neurológico em pacientes HIBI com DL vs. DP.

Objetivo 5 (resultado terciário): Comparar as diferenças na proporção de células imunes circulantes (macrófagos) e subtipos raros entre as localizações dos bulbos venoso arterial e jugular em pacientes com DL.

Projeto de Pesquisa: Este será um estudo observacional prospectivo. Visão geral do estudo: Este estudo será realizado no Hospital Geral de Vancouver. O consentimento informado será obtido do tomador de decisão substituto. No dia 1, o neuromonitoramento começará, o sangue arterial e do bulbo jugular será coletado para análise de gases no sangue e quantificação de biomarcadores cerebrais séricos, e as medidas de microdiálise serão feitas a cada hora. A amostragem arterial é feita a partir da linha arterial que é colocada como parte dos cuidados habituais. A amostragem do bulbo jugular é feita a partir de um cateter jugular que é colocado especificamente para o propósito deste estudo. Além disso, quantificaremos os gradientes de PvO2-PbtO2 e realizaremos um teste ventilatório hipocápnico para determinar a relação entre perfusão e O2EF. Nos dias 2 e 3, o neuromonitoramento continuará e o sangue para o biomarcador sérico e a análise de gases no sangue serão novamente coletados junto com a microdiálise de hora em hora. Após o dia 3, o neuromonitoramento será removido a pedido do médico assistente. As imagens de TC e RM realizadas como parte dos cuidados habituais serão analisadas quanto à carga isquêmica. Os resultados clínicos serão coletados em 6 meses em sobreviventes.

Considerações estatísticas. Tamanho da Amostra. Um teste t pareado foi usado para aproximar o cálculo do tamanho da amostra para um modelo linear misto. Para diferenciar DL vs. PD, Menon et al. encontraram uma diferença na alteração de O2EF de aproximadamente 10% entre pacientes com DP e DL (15% [DP 7] vs. 5% [DP 4], p = 0,03) com exposição à hipocapnia. Assumindo uma diferença no O2EF de 10% com um desvio padrão da diferença de 9, assumindo um alfa de 0,05 e poder desejado de 0,80, o tamanho da amostra é de 28 pacientes (G*Power). Vamos recrutar 40 pacientes para permitir a mortalidade precoce antes da conclusão de três dias de monitoramento. Dadas nossas distribuições anteriores de aproximadamente 50% de toda a coorte sendo definida como DL e 50% como PD, prevemos que teremos pelo menos 14 pacientes em cada grupo. Dada a nossa taxa de recrutamento anterior de 12 pacientes em 12 meses para neuromonitoramento invasivo em HIBI após parada cardíaca em nossa instituição, esse tamanho de amostra será facilmente alcançável em três anos. Plano de Análise: As variáveis ​​discretas serão resumidas por frequências e porcentagens. Variáveis ​​contínuas serão resumidas por média (SD) ou média (P10,P90) se os dados forem distorcidos. Consideraremos um valor P <0,05 como estatisticamente significativo.

1. Objetivo 1: As diferenças na mudança do O2EF em ambos os grupos de estudo durante a ventilação de hipocapnia serão examinadas para confirmar a presença de DL versus PD. Esta análise será realizada com um teste t bicaudal de amostras independentes sobre a mudança no O2EF secundária à hipocapnia entre pacientes DL e DP. A capacidade de determinar DL e PD de forma não invasiva com O2EF ao método invasivo de gradiente PbtO2-PvO2 será comparada. Esta análise será realizada com a análise das características do operador do receptor.
2. Objetivo 2: As diferenças nas concentrações de biomarcadores cerebrais séricos entre pacientes com DL e DP serão examinadas usando testes t bicaudais de amostras independentes.
3. Objetivo 3: As diferenças nas relações lactato/piruvato da microdiálise entre pacientes com DL e DP serão examinadas usando testes t bicaudais de amostras independentes para avaliar a disfunção mitocondrial.
4. Objetivo 4: As diferenças nos resultados neurológicos clínicos (BTACT e CPC) e na qualidade de vida (EuroQol-5) em 6 meses entre pacientes com DL e DP serão examinadas usando testes t bicaudais de amostras independentes.
5. Objetivo 5: As diferenças na proporção de células imunes circulantes (macrófagos) e subtipos raros entre as localizações dos bulbos venosos arterial e jugular em pacientes com DL serão examinadas usando testes t bicaudais de amostras independentes.
6. Análises exploratórias de resultados: As diferenças na carga isquêmica na TC de crânio (pontuação ASPECTS) e na RM cerebral (volume de hiperintensidade da substância branca e porcentagem de voxels no mapeamento do coeficiente de difusão aparente de < 650 x 106 mm/s na imagem ponderada por difusão) em ambos os grupos serão examinados usando testes t bicaudais de amostras independentes.

Análise baseada no sexo: Como a compreensão da fisiopatologia do HIBI permanece limitada, não está claro se existem diferenças relacionadas ao sexo. Como resultado, avaliar as diferenças relacionadas ao sexo não é um resultado primário do estudo atual, mas abrangerá uma análise exploratória que visa informar futuras pesquisas e geração de hipóteses. Em nossa UTI, a proporção de pacientes internados por HIBI pós-parada cardíaca foi de aproximadamente 60% do sexo masculino e 40% do sexo feminino nos últimos 3 anos. É provável que haja uma proporção semelhante de homens para mulheres no estudo atual. Todos os dados serão estratificados por sexo, em todos os pacientes e dentro de cada grupo de pacientes. Dentro de cada grupo de pacientes (DL vs. PD), as diferenças entre homens e mulheres serão avaliadas com testes t de amostras independentes. Uma análise de modelo linear de efeitos mistos (fatores fixos: grupo de pacientes e sexo; fator aleatório: indivíduos) com um termo de interação para grupo de pacientes*sexo também será realizada. Embora provavelmente sem poder para detectar efeitos significativos, esses dados estratificados e seus resultados estatísticos relacionados serão relatados e publicados em um suplemento de dados ao lado do manuscrito. Quaisquer efeitos significativos serão, no entanto, incluídos no documento principal do manuscrito.