Распространение корковой деполяризации после тяжелой черепно-мозговой травмы

Целью данного исследования является улучшение нашего понимания кортикальной распространяющейся деполяризации (CSD) как механизма вторичного повреждения при тяжелой черепно-мозговой травме (TBI). Основными препятствиями для продвижения лечения ЧМТ являются его гетерогенность с точки зрения причины, тяжести, патофизиологии и недостаточности терапевтических целей. В настоящее время нет никаких вмешательств, направленных на реверсирование или восстановление функции мозговой ткани, поврежденной или утраченной во время первоначального травматического инсульта; поэтому терапевтическое внимание сосредоточено на минимизации вторичных инсультов, которые приводят к расширению исходного повреждения головного мозга.

За последние несколько лет произошел значительный прогресс в понимании потенциальных механизмов вторичного повреждения после тяжелой ЧМТ. Это важная работа, поскольку считается, что вторичная травма после тяжелой ЧМТ значительно увеличивает тяжесть первоначальной травмы, и считается, что этот тип травмы открыт для вмешательств, чтобы ослабить последующую тяжесть травмы. Среди предполагаемых механизмов вторичного повреждения после тяжелой ЧМТ недавно была продемонстрирована связь между событиями БКС и худшими исходами после тяжелой ЧМТ. Следовательно, необходимо более глубокое понимание факторов, влияющих на возникновение и частоту CSD после ЧМТ, чтобы разработать терапевтические стратегии для уменьшения или предотвращения возникновения этих событий.

У молодых людей ЧМТ является ведущей причиной заболеваемости и смертности в развитых странах. ЧМТ является частым последствием несчастного случая в США, которым ежегодно страдает около 2,5 миллионов человек, примерно 10% из которых требуют длительной госпитализации, часто в отделении интенсивной терапии. Около 275 000 (15,1%) госпитализаций и 52 000 смертей в США ежегодно связаны с ЧМТ. Те, кто пережил первичный инсульт, неизменно сталкиваются с длительным пребыванием в неврологическом отделении интенсивной терапии (ОИТ), возможным нейрохирургическим вмешательством и длительным периодом послеострой поддерживающей терапии. По оценкам, в США 5,3 миллиона человек живут с длительной инвалидностью в результате ЧМТ.

Учитывая сложность и продолжительность медицинской помощи, сопровождающей тяжелую ЧМТ, отсюда следует, что стоимость лечения, связанного с ЧМТ, огромна. По оценкам, общие расходы больниц на госпитализацию в связи с ЧМТ в 2010 году составили 21,4 миллиарда долларов. По оценкам, помимо больничных расходов, ЧМТ обходится экономике США в 76,5 миллиардов долларов в год, при этом затраты на инвалидность и потерю производительности перевешивают затраты на неотложную медицинскую помощь и реабилитацию.

С момента их первого описания в 1944 году распространяющиеся деполяризации (ДР) впоследствии были продемонстрированы в многочисленных исследованиях на животных как механизм вторичного повреждения головного мозга после ишемического инсульта, субарахноидального кровоизлияния (САК) и черепно-мозговой травмы. Также было показано, что СД возникают в сером веществе головного мозга человека у пациентов после острых повреждений головного мозга, таких как ЧМТ, САК и ишемический инсульт. На сегодняшний день электрокортикографический (ЭКоГ) мониторинг более 500 пациентов после ЧМТ показал, что ДС возникают у 55-90% людей в течение дней или недель после первоначальной травмы. Эти исследования продемонстрировали начальный пик частоты ДС через 1-2 дня после ЧМТ и второй пик через 6-7 дней. Кроме того, СД связаны с худшими исходами после ЧМТ.

СЗ, состоящие из массивных волн, которые деполяризуют нейроны и астроциты и нарушают локальную функцию коры в течение нескольких минут или часов, впервые были продемонстрированы у пациентов с тяжелой ЧМТ с помощью записей ЭКоГ, полученных с отдельных полосок субдуральных электродов. В этих исследованиях у пациентов с тяжелой ЧМТ, перенесших нейрохирургическое вмешательство с целью декомпрессии и/или удаления гематомы, были установлены одиночные линейные субдуральные электродные полоски (шесть электродов с расстоянием между электродами 10 мм), расположенные вблизи эпицентра травмы, что позволяло получать непрерывные записи ЭКоГ в течение до 7 дней после первого повреждения. Вышеупомянутые исследования и несколько последующих исследований были важными шагами для демонстрации того, что (1) явления СД, которые впервые были описаны в исследованиях на животных, возникают у пациентов после ЧМТ и (2) СД связаны с худшим исходом после ЧМТ.

Несмотря на достигнутые успехи, в предыдущих исследованиях запись ЭКоГ прекращалась максимум через 7 дней. Однако 7-дневный период регистрации, вероятно, недостаточен для точной характеристики общего бремени СЗ после ЧМТ, поскольку предыдущая работа демонстрирует ранний пиковый период СЗ примерно через 0-2 дня после ЧМТ, за которым следует период относительного покоя, а затем второй пик. повышенной частоты SD примерно через 7 дней после ЧМТ. Таким образом, более длительный период регистрации обеспечит лучшее понимание естественного течения СЗ после ЧМТ и позволит более точно понять физиологические и патофизиологические факторы, влияющие на возникновение этих патологических событий.

Все предшествующие записи ЭКоГ СД основывались на субдуральных электродных полосках, состоящих из линейного массива электродов, размещенных над корой головного мозга рядом с ушибленной мозговой тканью. Эта стратегия записи адекватна для захвата событий SD, однако она дает возможность контролировать небольшую область поверхности коры. Небольшая площадь мониторинга наложила ряд ограничений на предыдущие исследования. Во-первых, CSD захватываются на ограниченном расстоянии от каждого контакта записывающего электрода. БСК, возникающие за пределами области мониторинга, не регистрируются, и, следовательно, предыдущие исследования, вероятно, недооценивают истинную частоту событий СЗ после ЧМТ. Во-вторых, линейная конфигурация субдуральных полос не дает адекватной пространственной информации о волнах CSD для определения происхождения или направления распространения. Улучшенное пространственное разрешение записей ЭКоГ в сочетании с соответствующими аналитическими методами позволит определить направление распространения волны SD и, возможно, идентифицировать патологические очаги, в которых возникают SD. Идентификация того, где возникают SD, позволит сопоставить эти местоположения с визуализацией, чтобы определить структурные характеристики и патологию, которые вызывают это патологическое явление.

Общая цель этого исследования состоит в том, чтобы предварительно оценить улучшенную стратегию записи и аналитические методы для лучшего определения событий SD и структурных аномалий в тяжелом поврежденном мозге, которые вызывают эти события CSD при тяжелой ЧМТ. Для достижения этой цели в этом исследовании будут использоваться 4 субдуральные электродные полоски, расположенные таким образом, чтобы создать сетку электродных контактов 4x4 для записи активности ЭКоГ в сочетании с одновременным получением нескольких других физиологических показателей у пациентов с ЧМТ, нуждающихся в нейрохирургическом вмешательстве.

Результаты этого исследования могут обеспечить ключевой прогресс в средствах как для мониторинга событий CSD после ЧМТ, так и для выявления конкретных типов патологии, которые вызывают эти события. Это будет важным следующим шагом в разработке новых вмешательств, направленных на снижение или устранение частоты СЗ у пациентов с ЧМТ и, следовательно, степени вторичного повреждения головного мозга, которое приводит к большей заболеваемости и смертности после тяжелой черепно-мозговой травмы.

Несмотря на успехи, достигнутые в уходе за пациентами после тяжелой черепно-мозговой травмы, ЧМТ продолжает приводить к очень высокой заболеваемости и смертности. Разработка эффективных методов лечения, позволяющих свести к минимуму заболеваемость и смертность после ЧМТ, затруднена из-за фундаментального отсутствия понимания факторов, которые способствуют вторичному повреждению после первоначального провоцирующего травматического события. Благодаря лучшему пониманию механизмов вторичного повреждения головного мозга после ЧМТ, таких как CSD, а также методов мониторинга патологических событий появится больше возможностей для разработки новых методов лечения. Это предварительное исследование, цель которого — лучше охарактеризовать CSD после тяжелой ЧМТ.

Субдуральные электроды широко используются для записи активности ЭКоГ после ЧМТ и других форм повреждения головного мозга. Несмотря на то, что требуется инвазивная форма записи, активность ЭКоГ остается единственным установленным средством мониторинга событий CSD. Инвазивный нейромониторинг с помощью субдуральных электродов был впервые продемонстрирован в 1930-х годах и до сих пор остается широко применяемой нейрохирургической процедурой для мониторинга эпилепсии. Недавний ретроспективный обзор показал, что общая частота осложнений составляет примерно 9,1%, при этом у 0,6% пациентов наблюдается стойкий неврологический дефицит после размещения субдуральных электродов.19 Более того, в Медицинском центре Университета Миннесоты не было ни одного случая инфекции, связанной с размещением субдуральных электродов. В дополнение к обнаружению событий CSD, субдуральные электроды позволят идентифицировать субклинические припадки и, следовательно, могут принести клиническую пользу пациентам, которым проводится запись с помощью субдурального электрода.

Субъекты, включенные в это исследование, будут отобраны из пациентов, нуждающихся в нейрохирургическом вмешательстве в виде краниэктомии или краниотомии, и, следовательно, не будут подвергаться инвазивной процедуре исключительно для размещения субдуральных регистрирующих электродов. Во время стандартной процедуры краниэктомии/краниотомии твердая мозговая оболочка вскрывается, что позволяет разместить субдуральные полоски для записи с минимальными изменениями стандартной хирургической процедуры. После того, как субдуральные полоски будут размещены, электроды будут туннелироваться вдали от мозга, чтобы они выходили из мозга, сводя к минимуму риск инфицирования. Дополнительным преимуществом этого подхода является то, что по окончании периода исследования туннелированные электроды можно удалить у постели больного.

В дополнение к записи ЭКоГ, другие формы инвазивного нейромониторинга, включая болт Licox (Integra Life Sciences, Plainsboro, New Jersey) для измерения внутричерепного давления, оксигенации тканей головного мозга и температуры, а также наружный вентрикулярный дренаж (EVD) будут включены как часть действующий стандарт лечения тяжелой ЧМТ.

Период исследования будет длиться до тех пор, пока инвазивный нейромониторинг клинически показан после тяжелой ЧМТ. Как указано в справочном разделе, предыдущие исследования CSD закончились после 7-дневного периода регистрации. Более короткий период регистрации, вероятно, препятствовал полному пониманию естественного течения CSD после тяжелой ЧМТ и, следовательно, полному пониманию патофизиологических факторов, вызывающих эти события. Дополнительный риск продления периода записи до полного периода клинически показанного инвазивного нейромониторинга будет минимален, поскольку субдуральная запись обычно выполняется в Университете Миннесоты для мониторинга эпилепсии в течение 4–6 недель без документально подтвержденных серьезных осложнений.

Медицинский центр округа Хеннепин (HCMC) — это региональный травматологический центр первого уровня, который обслуживает Верхний Средний Запад и является одним из учебных центров для программы резидентуры по нейрохирургии Миннесотского университета. В качестве крупного регионального травматологического центра исторически сложилось большое количество пациентов с тяжелой ЧМТ, нуждающихся в нейрохирургическом вмешательстве в виде краниэктомии или трепанации черепа с последующим длительным инвазивным нейромониторингом, необходимым в рамках клинического стандарта лечения. Исследуемая популяция будет набрана из всех пациентов с травмами, которые поступают в отделение неотложной помощи HCMC, травматологический блок или в качестве прямого перевода в нейрохирургию.