Erytropoietinterapi för subaraknoidal blödning

BAKGRUND:

1. Fördröjd ischemibrist vid subaraknoidal blödning

   Sju tusen patienter lider av SAH varje år i Storbritannien och unga vuxna (<55 år) drabbas lika mycket. Cerebral vasospasm och relaterad cerebral ischemi är de främsta orsakerna till försenad morbiditet och mortalitet hos patienter som överlever den initiala SAH-episoden. Tidigare studier har visat att omedelbart lågt cerebralt blodflöde (CBF) åtföljer SAH, särskilt i koma. Men för patienter med bättre kvalitet är den låga CBF ofta försenad och associerad med cerebral vasospasm [Knuckey 1985]. Vasospasm föregår ofta uppkomsten av DID som vanligtvis inträffar under den andra veckan efter SAH [Knuckey 1985]. Autoreglering är den mest åstadkomna reflexmekanismen och återspeglar en inneboende förmåga hos de cerebrala kärlen att vidgas i ett försök att upprätthålla konstant CBF vid dålig cerebral perfusion. Efter SAH påverkar försämrad autoreglering prognosen [Lam 2000]. Faktum är att daglig bedömning av autoreglering kan hjälpa till att identifiera patienter med hög risk för klinisk försämring [Smielewski 1997].

   Autoreglering kan bekvämt mätas icke-invasivt från sängkanten med hjälp av transkraniell Doppler (TCD). Direkta mätningar av mellersta cerebrala artärens flödeshastigheter (FV) är prediktiva för DID; förhöjt medel-FV (>120 cms/sek) och ökat förhållande av mFV mellan MCA och extrakraniell inre halsartär (ICA) (Lindegaard-kvot >3) är associerat med cerebral vasospasm och högre förekomst av biverkningar [Lindegaard 1988]. Den snabba ökningen av FV med tiden är också prediktiv, liksom sambandet mellan FV och spontana förändringar i blodtrycket (korrelationsindex Mx) [Czosnyka 2000].

   Ett mer sofistikerat mått på onormal cerebrovaskulär hemodynamik involverar transient hyperemic response-test (THRT) [Giller 1991]. Detta används rutinmässigt på vår avdelning där vi har visat ett samband mellan en onormal THRT och kliniskt utfall efter SAH [Lam 2000]. THRT bedömer FV-svaret på en manuell karotiskompression (Figur 1) och kan upprepas inom några minuter, vilket ger en pålitlig och lättillgänglig metod för att bedöma autoreglering. När THRT används för dagliga bedömningar för samma patient, kan detta test ge en värdefull övervakning av sekventiella förändringar i autoreglering.

2. Autoreglering efter SAH

   Autoregleringen är ofta försämrad efter SAH, även hos patienter med god klinisk grad [Voldby 1985]. Ett onormalt THRT-svar utvecklas vanligtvis antingen tidigt under dag 0 till 3 (primär), eller sent runt dag 7 till 14 (sekundär) efter den initiala blödningen. Primära avvikelser i THRT är mycket vanligare hos patienter med låg grad, medan sekundära avvikelser förekommer mer regelbundet hos patienter med initialt god kvalitet som senare utvecklar tecken på DID med klinisk försämring [Ratsep 2002]. Rutinmässig och daglig bedömning av autoreglering med TCD hjälper till att identifiera patienter med högre risk för DID. Denna fördröjning i utvecklingen av ett onormalt autoregleringssvar hos patienter med bättre kvalitet ger en möjlighet att introducera tidiga terapeutiska strategier utformade för att kompensera de potentiellt skadliga effekterna. Rutinmässig användning av plasmaexpansion har faktiskt redan antagits med detta syfte i åtanke [Origitano 1990].

3. Terapeutisk möjlighet; varför rekombinant humant erytropoietin?

Nyligen har uppmärksamheten fokuserats på potentiella terapeutiska roller för endogena hjärnproteiner som har neuroprotektiva egenskaper. Detta neuroprotektiva tillvägagångssätt för att använda erytropoietin (EPO) syftar till att skydda potentiellt livskraftig hjärnvävnad från apoptos [Ehrenreich 2002]. EPO, ett 34-kDa hydrofobt sialoglykoprotein, är ansvarigt för överlevnaden, proliferationen och differentieringen av engagerade erytroida stamfaderceller. Det produceras av fostrets lever och vuxna njure, som accelereras under hypoxi [Lacombe 1999]. Eftersom det inte finns någon förbildad EPO-lagring involverar därför kontrollen av EPO-gentranskription komplexa interaktioner med hypoxi-inducerbar faktor 1 (HIF-1), en transkriptionsfaktor som aktiveras under hypoxi, hypoglykemi och anfall [Lacombe 1999] .

EPO-receptorn (EPO-R), liksom andra medlemmar av den hematopoetiska receptorfamiljen, har inte en endogen tyrosinkinasaktivitet. Emellertid kan dess nära samband med Jak2-tyrosinkinas inducera en snabb tyrosinfosforylering på ett antal proteiner [Lacombe 1999]. Hypoxi kan inducera ett ökat uttryck av EPO-R, vilket i sin tur orsakar ökad känslighet för EPO [Chin 2000].

Både EPO och EPO-R är spridda överallt i neurala vävnader [Digicaylioglu 1995]. Förutom större kärl är EPO-R rikligt fördelad i astrocyter, neuroner och cerebrala kapillärendoteler [Marti 1996, Yamaji 1996, Bernaudin 1999, Brines 2000]. Immunhistokemi visar att dessa fördelningar av EPO-R överensstämmer med den anatomiska placeringen av blod-hjärnbarriären (BBB) ​​[Brines 2000]. En sådan kondenserad fördelning av EPO-R inom och kring de cerebrala kapillärerna innebär att en liten mängd EPO är tillräcklig för att förmedla fysiologisk funktion i det centrala nervsystemet [Chin 2000]. Den ökade produktionen av EPO som svar på hypoxi och anemi av astrocyter och neuroner motsvarar den som sker i njure och lever [Masuda 1994]. Under hypoxi verkar således EPO direkt på cerebrala kapillära endotelceller som en angiogen faktor genom en parakrin mekanism från astrocyterna och en endokrin mekanism från njuren [Digicaylioglu 1995].

EPO skyddar nervvävnad under alla förhållanden som kännetecknas av en relativ brist på ATP [Brine 2000]. Denna neuroprotektiva effekt uppnås genom flera mekanismer.

1. EPO kan inducera uttryck av flera glykolytiska enzymer, vilket omdirigerar energimetabolismen mot att gynna överlevnad under syrebrist [Digicaylioglu 1995].
2. Under cerebral ischemi är N-metyl-D-aspartat (NMDA)-receptormedierad glutamattoxicitet den huvudsakliga orsaken till neurondöd [Morishita 1997]. Glutamattoxicitet förmedlas delvis av kväveoxid (NO). EPO uppreglerar uttrycket av antioxidantenzymer på transkriptionsnivå i vaskulära glatta muskelceller [Kusano 1999] och kan potentiellt skydda neuroner från NO-genererande medel [Sakanaka 1998]. Dessutom kan EPO undertrycka ökningen av Ca2+-koncentrationen inducerad av glutamat och kväveoxid (NO)-inducerad apoptos [Morishita 1997].

EPO har visat sig ge neurotrofiska [Konishi 1993] och angiogena effekter [Yamaji 1996], och det har potential för neural regenerering [Siren 2001]. Dessa effekter är dosberoende och inte relaterade till nervtillväxtfaktorn (NGF) [Konoshi Y 1993]. Fördelningarna av EPO och EPO-R motsvarar sekvensen av histopatologiska förändringar av cerebral ischemi/infarkt. Vid akut hypoxi (hjärtstopp) kan stark immunreaktivitet av EPO hittas i vaskulärt endotel, medan EPOR uttrycks starkt i neuroner [Siren 2001]. Efter cerebral ischemi spelar EPO en viktig roll i angiogenes och glialreaktion. EPO-immunreaktivitet uppträder i endotelet, intravaskulära inflammatoriska celler och neuroner i penumbra. Även EPO-R uttrycks i neuroner, astrocyter och endotelceller [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Eftersom uttrycket av EPO-R föregår uppregleringen av EPO-syntes [Bernaudin 1999], ökar känsligheten för EPO [Chin 2000]. Däremot är dessa förändringar inte detekterbara i icke-ischemisk cortex [Bernaudin 1999], vilket indikerar en ökad potential för EPO att agera där neuroner är i riskzonen [Siren 2001]. Genom att skydda endotelceller från apoptos kan EPO öka cerebralt blodflöde, förbättra mikrocirkulationen av penumbra och förbättra vävnadssyresättningen genom angiogenes, och därmed avsevärt minska infarktvolymen [Bernaudin 1999, Siren 2001]. Denna angiogenes motsvarar upptäckten att under hypoxiska förhållanden såsom exponering för höga höjder, ökar hjärnan den genomsnittliga mikrovaskulära tätheten [Lamanna JC 1992]. I gamla infarkter är EPO och EPO-R starkt uttryckta i reaktiva astrocyter. Således kan EPO-systemet delta i reparationsprocessen [Siren 2001]. Den ihållande uppregleringen av EPO-produktion av astrocyter efter stroke ger också snabbt tillgängliga källor till EPO för att göra neuroner mer tolererande ischemi [Siren 2001]. Dessa endogena neuroprotektiva mekanismer är otillräckliga för att klara av akuta skador, eftersom svår ischemisk förolämpning kan uttömma den neuroprotektiva EPO/EPO-R-kapaciteten i hjärnan eller latensen av de novo-syntesen är för lång. Klinisk applicering av EPO bör administreras snabbt för att ge ytterligare neuroskydd [Brines 2000].

Epoetin beta är ett 165-aa glykoprotein som tillverkas med användning av rekombinant DNA-teknik, som innehåller den identiska aminosyrasekvensen för isolerat humant EPO och har samma biologiska aktivitet. Det liknar det endogena EPO förutom mindre skillnader i mönstret av 4 kolhydratkedjor. [Brine 2000] Rekombinant humant EPO har använts i stor utsträckning för att behandla anemi associerad med kronisk njurinsufficiens, HIV-infektion, cancer och kirurgi, och har en utmärkt säkerhetsrecord i bred klinisk praxis.

4. Varför 90 000 IE Epoetin beta?

Säkerheten och effekten av epoetin beta för behandling av akut stroke (inom 8 timmar) hos människor har bekräftats i en dubbelblind, randomiserad, placebokontrollerad klinisk prövning, som använder högdos intravenös epoetin beta (3 3000 IE/50 ml/ 30 min/dag, tre dagar, med en kumulativ dos 100 000 IE) [Ehrenreich 2002]. Inga associerade förändringar i blodtryck, hematokrit, hemoglobin och antal röda blodkroppar finns i denna studie [Ehrenreich 2002]. Endast retikulocytantalet ökar med 29,2 ±10,0 % den 4:e dagen efter den sista dosen av EPO [Ehrenreich 2002]. Denna systemiska administrering av EPO har också lett till en 60- till 100-faldig ökning av CSF-nivåerna och kräver inte en nedbrytning av blod-hjärnbarriären (BBB) ​​[Ehrenreich 2002]. Patienter som behandlas med EPO har en lägre och tidigare ökning av serum S100 (utsöndras av reaktiva astrocyter och funktionella störningar av membranintegriteten hos hjärncellsmembran) och återgår därefter till de normala gränserna tidigare än placebo [Ehrenreich 2002]. Denna tidigare återgång av serum S100 mot den normala nivån innebär att de inflammatoriska processerna och/eller BBB-integriteten kan förbättras snabbare genom systemisk EPO-terapi [Ehrenreich 2002]. De gynnsamma effekterna på strokepatienter fortsätter under 30 dagar, särskilt för dem med måttlig till svår stroke [Ehrenreich 2002].

Genom aktivering av endoteliala EPO-receptorer kan den cirkulerande EPO orsaka inflammatoriska vägar i cerebrala artärer och dämpa vasospasm inducerad av SAH. In vivo-studier har funnit att systemisk administrering av EPO (i.p. 1000 enheter/kg) omedelbart efter SAH kan förbättra överlevnad och motoriska funktioner [Buemi 2000]. Den systemiska leveransen av EPO har fördelen att den är allmänt tillgänglig för kapillärendotelet i hela hjärnan, i motsats till intraventrikulär injektion, som är mycket lokaliserad och inte praktisk i kliniska sammanhang [Brines 2000]. Eftersom koncentrationen av EPO i CSF är oberoende av serumnivån och omfattningen av BBB-avbrott hos patienter som lider av aneurysmal SAH, produceras EPO i CSF huvudsakligen av hjärnan för att matcha dess behov [Springborg 2003]. Därför kan en tidig aktivering av endotelial EPO-R vara en potentiell terapeutisk strategi, vilket faktiskt har bevisats genom en minskning av S100-protein i CSF (en markör för hjärnskada) och återställande av cerebral autoreglering (under minst 48 timmar) efter systemisk administrering av rekombinant humant EPO [Springborg 2002]. Därför kommer 90 000 IE epoetin beta att användas för att uppnå maximal effekt på CBF och autoreglering hos dessa SAH-patienter som ska studeras.

FRÅGOR SOM SKALL BESVARAS:

Vi vill ta upp följande hypoteser för SAH-patienter:

1. Systemisk behandling med epoetin beta (90 000 IE) är säker efter SAH
2. Systemisk behandling med epoetin beta minskar förekomsten av onormal FV och cerebral autoreglering efter SAH.
3. Systemisk behandling med epoetin beta minskar förekomsten av akut neurologisk försämring efter SAH. Om de primära effektmåtten förbättras med epoetin beta-terapi, kommer data att användas för att formulera effektberäkningen för design av en klinisk fas III-studie. Vi kommer dock att bedöma det kliniska resultatet i slutet av studien och vid utskrivningen för att upptäcka eventuella indikationer på negativ effekt efter EPO-behandling.

Randomiseringsprocedur:

Efter informerat samtycke kommer patienter med angiografipositiv aneurismal SAH att randomiseras till att få antingen intravenös epoetin beta 30 000 IE eller placebo (0,9 % koksaltlösning) 50 ml/30 min, tre gånger under den första veckan efter SAH (total dos 90 000 IE). Antalet i varje grupp kommer att vara 40. För blindning kommer Pharmacy Manufacture Unit (PMU) att förbereda och numrera identiska flaskor innehållande antingen koksaltlösning (0,9 % NaCl) eller epoetin beta rekonstituerad i koksaltlösning. Flaskorna kommer att tilldelas slumpmässigt till patienter vid registrering med innehållet i varje injektionsflaska endast känt av PMU. Provmedicinering kommer att påbörjas så snart som möjligt inom 72 timmar efter ictus. Eftersom cirka 70 % av aneurysmerna kommer att behandlas med öppen klippning, och resten med endovaskulära spiraler, anser vi inte att behandlingsmetoden representerar en kontaminerande faktor, men den kommer att inkluderas i den slutliga analysen. Plats, storlek och morfologi för den skyldige aneurysmen tros inte påverka resultatet i vår institution.

Efter randomisering och start av försöksterapi kommer den kliniska behandlingen av varje patient att vara rutin. Arteriellt blodtryck kommer att övervakas kontinuerligt (Finapress eller via radiell artärlinje).

Säkerhet:

Hela antalet blodkroppar, retikulocytantal, blodviskositet, koagulationsprofil, serumbiokemi, serumjärnnivåer och C-reaktivt protein (CRP) vid tidpunkten för inläggningen kommer att kontrolleras som klinisk rutin. Även om EPO har effekter av erytropoes och trombopoies, har associerad försämring eller biverkningar inte observerats vid korttidsbehandling [Ehrenreich 2002]. Med tanke på eventuella abnormiteter kommer dock prövningsläkemedlet att stoppas och säkerhetskommittén informeras. En säkerhetskommitté (ledd av Dr Ken Smith, konsultant nefrolog) kommer att granska säkerhetsdata med månatliga intervaller eller, om det uppstår problem, patient för patient.

Primära utfallsmått: Vasospasm och abnormiteter i AR:

Försökspatienter kommer att undersökas dagligen med TCD (DWL, Tyskland) med en 2-MHz-sond monterad på en avsedd huvudram i två veckor sedan SAH ictus. Den systoliska, diastoliska och genomsnittliga FV kommer att registreras (trans-temporal) av en enda användare (MT). Vasospasm kommer att definieras som medel FV > 120 cm/sek och Lindegaard ratio >3 [Lindegaard 1988]. Regressionsindex (Mx) mellan medel-FV och spontana förändringar i ABP kommer att beräknas. Två karotiskompressioner som varar i 5 sekunder kommer att utföras. Kriterierna för en acceptabel THRT inkluderar en plötslig minskning av den mellersta cerebrala artärens FV vid början av kompressionen, en stabil TCD-signal under kompressionen och en minsta 30% minskning av FV utan blodtrycksinstabilitet [Smielewski 1997]. THRT-kvoten (THRR) beräknas med hjälp av formeln: THRR = FVs (hyperemi) / FVs (baseline), där FVs anger systolisk FV (Figur 1). THRR klassificeras som normalt (≥l,10) eller nedsatt (<1,10), och kommer att upprepas 2 minuter senare. Medelvärdet för de två testerna kommer att registreras. Kvalitetsfrågor rörande THRT-svaret har utvärderats omfattande i detta laboratorium [Smielewski 1997].

Sekundära effektmått: Utveckling av DID:

Den kliniska utvecklingen för varje patient kommer att övervakas dagligen. Utvecklingen av ett fokalt neurologiskt underskott och/eller en minskning av Glasgow Coma Scale med 2 poäng eller mer efter vasospasm kommer att vara de kriterier som används för att definiera en episod av DID [Pickard 1989]. Andra faktorer som kan påverka medvetandet, inklusive systemisk infektion och infektion i centrala nervsystemet, kommer att registreras för slutlig analys. Kliniska resultat kommer att bedömas i slutet av prövningen och vid tidpunkten för utskrivning. Varaktigheterna för sjukhusvistelse och NCCU-vistelse kommer att observeras.

Statistisk analys:

Analysen kommer att utföras med hjälp av statistisk programvara, STATA (Texas, USA). Data kommer att uttryckas som medel±standardavvikelse. Den multivariata analysen kommer att utföras på tidpunkterna för vasospasm och onormal AR, vilket kommer att beräknas som antalet dagar mellan datumet för diagnos av SAH och datumet för den första upptäckten av vasospasm och onormal autoreglering med avseende på variabler som sannolikt kommer att påverka deras förekomst: ålder, WFNS-grad, Fishers betyg på CT-skanningar och behandlingsprocedurer, intraventrikulär blödning och/eller hydrocefalus med hjälp av Cox Proportional Hazards-regression. Måttet på utfallet kommer att vara hazards ratio (HR), som uttrycker sannolikheten för vasospasm eller onormal autoreglering för en specifik kategori i förhållande till placebogruppen. Variabler associerade med EPO-behandling (hematokrit, erytrocytantal, retikulocytantal, trombocytantal, serumjärnnivåer och viskositet) kommer att samlas in. Förbättringen i passform på grund av varje variabel kommer att testas för statistisk signifikans på 5%-nivån med sannolikhetskvotstestet. Testet för avvikelse från en linjär trend (en frihetsgrad) användes för att bedöma den potentiella linjära trenden i vissa kategoriska variabler. Dagliga resultat från varje patient kommer också att beräknas i medeltal för att producera en patientorienterad databas för att tillfredsställa oberoendeantagandet för linjär regression. Variationerna från dag till dag i parametrar kommer att beräknas som standardavvikelsen dividerat med medelvärdet från alla undersökningar hos varje patient.

Effektanalys:

Våra tidigare observationer indikerar att vasospasm och onormal THRT förekommer hos 64 % respektive 90 % SAH av patienterna. För att visa en 50% minskning av varaktigheten av vasospasm eller onormal autoreglering med en kraft på 80% och en signifikansnivå på 5% kommer vi att kräva undersökningar av 80 patienter. Detta antal patienter har också en 83 % chans att visa en 50 % minskning av incidensen av klinisk DID under de första 2 veckorna efter ictus. Studien är inte driven för att visa en minskning av kliniska effektmått även om trender kommer att sökas för att identifiera eventuella negativa effekter.

DETALJER OM EVENTUELLA SVÅRLIGHETER SOM KAN FÖRUTSÄTTAS

1. Patientrekrytering:

   Den neurokirurgiska enheten i Addenbrookes behandlar 80 aneurysmala SAH-patienter per år. Tidigare studier på vår enhet har visat hög säkerhet och vi var den största bidragsgivaren till International Hypothermia for Aneurysm Surgery Trial (IHAST). Vi ser inga svårigheter med rekryteringen.

2. Säkerhetsfrågor:

   Säkerheten och effekten av att använda högdos intravenös epoetin beta (100 000 IE) för behandling av human akut stroke (inom 8 timmar) har bekräftats [Ehrenreich 2002]. Den terapeutiska marginalen för EPO är mycket bred. Även vid mycket höga serumnivåer har inga negativa effekter observerats [NeoRecormon informationsblad, Roche].

3. Bedömning av AR med hjälp av TCD:

Kvalitetskontroll för THRT-bedömning har tagits upp kraftfullt, underlåtenhet att slutföra testet är sällsynt [Ratsep 2002]. Incidensen av signifikant aterosklerotisk sjukdom i halsen som utesluter säker karotiskompression är mindre än 1 % [Lam 2000]. Testet tolereras väl och vi känner inte till någon patient som begärt att få dra sig ur utredningen i tidigare studier på grund av obehag mm.

FRAMTIDA FORSKNING

Resultaten från denna fas II-studie kommer att användas för att utforma en klinisk fas III-studie med användning av mekanismen för spontan intrakraniell blödning. Eventuella potentiella fördelar kan extrapoleras till andra cerebrovaskulära tillstånd där låga CBF-tillstånd och förlust av autoreglering inträffar (t. akut cerebral vaskulit).