Разграничение патофизиологических фенотипов гипоксически-ишемического поражения головного мозга после остановки сердца (DIFFUSION)

Цель: разработать методы дифференциации пациентов с гипоксически-ишемическим повреждением головного мозга, проявляющих диффузную и перфузионную зависимость. Во-вторых, исследовать основные механизмы, ответственные за диффузионное ограничение доставки кислорода.

Гипотезы:

1. У пациентов с БП будет наблюдаться увеличение O2EF при снижении CBF во время гипокапнической вентиляции, в то время как у пациентов с DL будет наблюдаться минимальное изменение O2EF, что указывает на нарушение диффузионного транспорта O2.
2. Биомаркеры головного мозга в сыворотке будут выше при DL по сравнению с PD, что указывает на проницаемость ГЭБ, глиальное и аксональное повреждение.
3. Соотношение лактат/пируват будет увеличено у пациентов с ДЛ по сравнению с БП, что указывает на митохондриальную дисфункцию.
4. Клинический неврологический исход будет хуже у пациентов с ДЛ по сравнению с БП.
5. Будет снижена доля макрофагов и связанных с ними циркулирующих иммунных клеток в луковице яремной вены по сравнению с артериальным кровообращением у пациентов с ДЛ.

Обоснование:

Этот исследовательский проект направлен на то, чтобы проспективно дифференцировать патофизиологические фенотипы гипоксически-ишемического повреждения головного мозга (HIBI), очертить основные механизмы и определить связанные с ними клинические результаты. В Канаде около 40 000 человек в год переносят остановку сердца. HIBI, возникающее в результате мозгового инсульта после остановки сердца, является преобладающей детерминантой неблагоприятного исхода после остановки сердца, и только у 5-15% пациентов наблюдаются благоприятные неврологические исходы. Остальные выжившие после HIBI могут испытывать серьезные нейропсихиатрические последствия и нести значительные расходы на здравоохранение (~ 160 000 долларов США на пациента в год). Учитывая эти удручающие результаты, существуют значительные возможности для улучшения результатов.

Патофизиология HIBI характеризуется первичным ишемическим повреждением во время остановки кровообращения и вторичным повреждением после восстановления спонтанного кровообращения (ROSC). Это вторичное повреждение в значительной степени связано с неадекватной постреанимационной доставкой кислорода к мозгу (CDO2). CDO2 зависит от мозгового кровотока (CBF), который пропорционален церебральному перфузионному давлению (CPP) [среднее артериальное давление (MAP) - внутричерепное давление (ICP)]. Учитывая, что патофизиология подавляющего большинства HIBI характеризуется низким или нормальным ВЧД, основной физиологической детерминантой общего CDO2 в условиях интенсивной терапии является MAP.

Обсервационные исследования связывают гипотензию (снижение СрАД и CBF) с неблагоприятным неврологическим исходом. Тем не менее, рандомизированные контролируемые исследования однородной аугментации MAP не смогли продемонстрировать клиническую или биологическую эффективность. Это несоответствие между воспринимаемой важностью оптимизации среднего артериального давления в постреанимационном периоде и отсутствием клинической эффективности предполагает наличие пробелов в понимании патофизиологии HIBI. Упрощенный подход к равномерному увеличению MAP предполагает, что как только кислород доставляется в капиллярное русло головного мозга, происходит нормальная диффузия кислорода через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), а нормальное клеточное использование кислорода завершается аэробным метаболизмом нейронов. Церебральный метаболический гомеостаз основан на интеграции конвективной доставки кислорода, диффузии через ГЭБ и нормальном клеточном использовании митохондриями. Другими словами, в то время как увеличение CBF и CDO2 поставляет больше кислорода в мозг, эта стратегия затрагивает только один компонент кислородного каскада и игнорирует жизненно важные роли диффузии и использования кислорода. Недавно наша исследовательская группа продемонстрировала, что, несмотря на инвазивный нейромониторинг, направленный на целенаправленное лечение, пациенты с HIBI продолжали испытывать значительное бремя гипоксии головного мозга. В ретроспективном анализе мы продемонстрировали уникальный патофизиологический фенотип в подгруппе пациентов с HIBI, проявляющих диффузионное ограничение (DL) доставки кислорода. В данном случае, несмотря на оптимизацию конвективного CDO2 в капиллярное русло головного мозга, у пациентов была подавлена ​​диффузия кислорода в паренхиматозную ткань. Точные патофизиологические механизмы, лежащие в основе этого открытия при HIBI, неизвестны. И наоборот, эта дозорная работа также продемонстрировала, что другая подгруппа пациентов с HIBI демонстрировала неповрежденную диффузию кислорода в паренхиму, которая зависела от системной перфузии. Эти два различных патофизиологических фенотипа HIBI (ограничение диффузии [DL] и зависимость от перфузии [PD]) имеют важное значение для постреанимационной помощи, но ключевые вопросы исследований остаются. В частности, большое значение имеет проспективное подтверждение этих фенотипов, определение механизмов, лежащих в основе ДЛ, и изучение клинических исходов между ДЛ и БП.

Воспаление и вторичное повреждение при ДЛ. Точные механизмы основного вторичного повреждения и его вклада в ограничение диффузии неясны. Недавно наша исследовательская группа продемонстрировала чистое высвобождение интерлейкина-6 из церебральной паренхимы / нейроваскулярной единицы у пациентов с HIBI, проявляющих гипоксию головного мозга и ограничение диффузии. Интерлейкин-6, ключевой провоспалительный цитокин, отвечает за инициацию воспалительного каскада, диапедез лейкоцитов, активацию макрофагов и высвобождение дополнительных нижестоящих медиаторов воспаления. Кульминация этого нерегулируемого иммунного ответа связана с дисфункцией нейронов, апоптозом и гибелью клеток. Следовательно, понимание доли подтипов иммунных клеток, участвующих в этом нерегулируемом воспалительном каскаде при HIBI, необходимо для разработки методов лечения, направленных на модулирование воспалительного каскада для сохранения уязвимой нейронной ткани.

Цели:

Цель 1 (первичный результат): Подтвердить наличие DL по сравнению с PD у пациентов с HIBI путем количественной оценки изменений фракции извлечения кислорода (O2EF), которые происходят вторично по отношению к снижению CBF при гипокапнической вентиляции.

Цель 2 (вторичный результат): сравнить различия в биомаркерах головного мозга в сыворотке у пациентов с HIBI с DL и PD.

Цель 3 (вторичный результат): сравнить разницу в соотношении лактат / пируват у пациентов с HIBI с DL и PD.

Цель 4 (третичный результат): сравнить разницу в неврологическом клиническом исходе у пациентов с HIBI с DL и PD.

Цель 5 (третичный результат): сравнить различия в доле циркулирующих иммунных клеток (макрофагов) и редких подтипов между расположением артериальной и яремной венозной луковицы у пациентов с ДЛ.

Дизайн исследования: это будет проспективное обсервационное исследование. Обзор исследования: Это исследование будет проводиться в Ванкуверской больнице общего профиля. Информированное согласие будет получено от лица, принимающего решения. В первый день начнется нейромониторинг, кровь из артерий и яремной луковицы будет собираться для анализа газов крови и количественного определения биомаркеров головного мозга в сыворотке, а меры микродиализа будут проводиться каждый час. Артериальный забор делается из артериальной линии, которая проводится как часть обычного лечения. Забор яремной луковицы осуществляется из яремного катетера, установленного специально для целей данного исследования. Далее мы количественно оценим оба градиента PvO2-PbtO2 и проведем гипокапнический вентиляционный тест, чтобы определить взаимосвязь между перфузией и O2EF. На 2-й и 3-й дни нейромониторинг будет продолжаться, и снова будет собираться кровь для анализа биомаркеров сыворотки и газов крови вместе с ежечасным микродиализом. После 3-х суток нейромониторинг будет снят по требованию лечащего врача. КТ и МРТ, выполненные в рамках обычного лечения, будут проанализированы на ишемическую нагрузку. Клинические результаты будут собраны через 6 месяцев у выживших.

Статистические соображения. Размер образца. Парный t-критерий использовался для аппроксимации расчета размера выборки для линейной смешанной модели. Чтобы дифференцировать ДЛ и БП, Menon et al. обнаружили разницу в изменении O2EF примерно на 10% между пациентами с БП и ДЛ (15% [SD 7] против 5% [SD 4], p = 0,03) при воздействии гипокапнии. Предполагая разницу в O2EF в 10% со стандартным отклонением разницы в 9, принимая альфа 0,05 и желаемую мощность 0,80, размер выборки составляет 28 пациентов (G * мощность). Мы наберем 40 пациентов, чтобы учесть раннюю смертность до завершения трех дней наблюдения. Учитывая наши предыдущие распределения примерно 50% всей когорты, определяемой как DL и 50% как PD, мы прогнозируем, что у нас будет не менее 14 пациентов в каждой группе. Учитывая нашу предыдущую скорость набора 12 пациентов за 12 месяцев для инвазивного нейромониторинга в HIBI после остановки сердца в нашем учреждении, этот размер выборки будет легко достижим в течение трех лет. План анализа: дискретные переменные будут суммированы по частотам и процентам. Непрерывные переменные будут суммированы по среднему (SD) или среднему (P10, P90), если данные искажены. Мы будем считать значение P <0,05 статистически значимым.

1. Цель 1: Будут изучены различия в изменении O2EF в обеих исследуемых группах во время вентиляции с гипокапнией, чтобы подтвердить наличие DL по сравнению с PD. Этот анализ будет проводиться с помощью двухстороннего t-критерия независимых выборок по изменению O2EF, вторичному по отношению к гипокапнии, между пациентами с DL и PD. Будут сравниваться возможности неинвазивного определения DL и PD с помощью O2EF и инвазивного градиентного метода PbtO2-PvO2. Этот анализ будет проводиться с анализом характеристик оператора приемника.
2. Цель 2: Различия в концентрациях биомаркеров головного мозга в сыворотке между пациентами с ДЛ и БП будут изучены с использованием двусторонних t-тестов для независимых выборок.
3. Цель 3: Различия в соотношении лактат/пируват при микродиализе между пациентами с ДЛ и БП будут изучены с использованием двусторонних t-тестов для независимых выборок для оценки митохондриальной дисфункции.
4. Цель 4: Различия в клинических неврологических (BTACT и CPC) и результатах качества жизни (EuroQol-5) через 6 месяцев между пациентами с DL и PD будут изучены с использованием двусторонних t-тестов для независимых выборок.
5. Цель 5: Различия в доле циркулирующих иммунных клеток (макрофагов) и редких подтипов между расположением артериальных и яремных венозных луковиц у пациентов с ДЛ будут изучены с использованием двусторонних t-тестов для независимых выборок.
6. Исследовательский анализ результатов: различия в ишемической нагрузке на КТ головы (показатель ASPECTS) и на МРТ головного мозга (объем гиперинтенсивности белого вещества и процент вокселей на картировании кажущегося коэффициента диффузии < 650 x 106 мм/с на диффузионно-взвешенном изображении) в обоих случаях. группы будут проверены с использованием независимых выборок двусторонних t-тестов.

Анализ на основе пола: поскольку понимание патофизиологии HIBI остается ограниченным, неясно, существуют ли различия, связанные с полом. В результате оценка различий, связанных с полом, не является основным результатом текущего исследования, а будет включать в себя предварительный анализ, целью которого является информирование будущих исследований и выработка гипотез. В нашем отделении интенсивной терапии доля пациентов, госпитализированных с HIBI после остановки сердца, составляла примерно 60% мужчин и 40% женщин за последние 3 года. В текущем исследовании, вероятно, будет аналогичное соотношение мужчин и женщин. Все данные будут стратифицированы по полу, по всем пациентам и внутри каждой группы пациентов. В каждой группе пациентов (DL против PD) различия между мужчинами и женщинами будут оцениваться с помощью t-тестов для независимых выборок. Также будет проведен линейный анализ модели смешанных эффектов (фиксированные факторы: группа пациентов и пол; случайный фактор: субъекты) с условием взаимодействия для группы пациентов * пол. Хотя эти стратифицированные данные и связанные с ними статистические результаты, вероятно, недостаточно мощны для обнаружения значительных эффектов, они будут представлены и опубликованы в приложении к данным вместе с рукописью. Однако любые существенные эффекты будут включены в основной документ рукописи.