Cerebral Monitor guidad terapi på cerebrala utfall efter hjärtkirurgi

Neurologisk och kognitiv försämring är fortfarande vanliga komplikationer som negativt påverkar patienternas resultat efter hjärtkirurgi. Genom att införliva en hjärnmonitor som mäter cerebralt syreinnehåll i vår perioperativa hantering strävar vi efter att minska postoperativa neurologiska och kognitiva brister och förbättra livskvaliteten hos denna patientpopulation. Vi syftar också till att avslöja hur den komprometterade hjärnan förändrar sin metabolism som svar på ischemisk skada och hur denna nya information kan vägleda nya förebyggande behandlingsmetoder för utsatta patienter.

Kortfattat är cerebral nära-infraröd spektroskopi (NIRS) eller cerebral oximetri en icke-invasiv monitor som uppskattar cerebral syresättning genom mätningar av regional venös mättnad. Den är baserad på att mäta intravaskulär oxihemoglobinfraktion i ett litet prov av hjärnbarken genom skallen med hjälp av nära-infrarött ljusspektroskopi. Cerebral oximetri undersöker allt reflekterat ljus, från både pulserande arteriellt och icke-pulserande venöst blod, utan att kräva pulsatilitet, därför kan cerebral oximetri fortsätta att övervaka hjärnans syresättning under både CPB och cirkulationsstopp. Med denna fördel används cerebral oximetri i stor utsträckning i vår dagliga hjärtanestesipraktik, rutinmässigt för operationer som kräver cirkulationsstopp och för andra elektiva CABG och ventilersättnings-/reparationsoperationer på vissa institutioner. Trots dess breda användning, finns det fortfarande kontroverser i dess tolkning och förmåga att optimera cerebralt resultat efter hjärtkirurgi. Nyckelfrågor som ska besvaras är: 1) desaturationströskeln förknippad med dålig prognos; 2) det absoluta desaturationsvärdet vid vilket ogynnsamt kliniskt utfall ökar, och 3); om den relativa trenden är viktigare för att signalera närmar sig försämring. Alla dessa frågor är relevanta för vår kliniska praxis men förblir obesvarade. Vår forskningsstudie syftar till att ta ett första steg mot identifiering av den idealiska metoden för att använda cerebral oximetri vid hjärtoperationer för att förbättra neurologiska resultat genom ökad precision vid hantering av hemodynamiska såväl som laboratorievärden genom en behandlingsalgoritm.

Den andra komponenten i denna studie innehåller metabolomisk profilering när vi förfinar den perioperativa hanteringen av hjärtkirurgipatienter för att förbättra deras cerebrala resultat. Trots enorma forskningsansträngningar under de senaste decennierna finns det för närvarande ingen specifik och enskild neurologisk biomarkör (eller paneler av biomarkörer) som har validerats för klinisk användning. Samtidigt förblir neuro-imaging (CT och MRI) den gyllene standarden för diagnos av cerebral skada. Organspecifika biomarkörer, om de identifieras, har potential att vara en pålitlig och kostnadseffektiv metod för att diagnostisera, vägleda hanteringen, klassificera svårighetsgraden av stroke, förutse kognitiv funktion och förutsäga komplikationer. Nyligen har metabolomisk profilering möjliggjort omfattande analyser av förändringar i metaboliskt bränsleval i en mängd olika modeller, inklusive hjärtstopp. Framsteg inom analytisk teknologi har möjliggjort kvantitativ analys av flera hundra metaboliter i en enda mätning med hög genomströmning och känslighet.

Metabolomisk profilering innebär att kvantifiera småmolekylära metaboliter från kroppsvätskor eller vävnader i ett enda steg och har potential för tidig diagnos, terapiövervakning och undersökning av patogenesen av olika sjukdomar. Denna biomarkördetektering utförs i celler, vävnader eller biovätskor genom antingen kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi eller masspektrometri (MS) som sedan genomgår multivariat dataanalys. Jung et al., med användning av 1H-NMR-spektropi kombinerat med multivariat statistisk analys bedömde strokepatienter. I denna studie bedömdes störda metaboliska mönster i både plasma och urin från patienter med känd hjärninfarkt för att identifiera ett specifikt proteom associerat med stroke. En liknande undersökning har genomförts med en bredare kvantifiering av neuroproteomik med hjälp av en gnagarmodell. Biomarkörprognos för akut njurskada hos patienter som genomgår kardiopulmonell bypass (CPB) har också undersökts. Trots dess potential för bred tillämpning har metabolomisk profilering inte använts för att vägleda neuroprotektiv behandling hos patienter som genomgår hjärtkirurgi. Vi tror att den unika kombinationen av dessa två metoder utgör en värdefull möjlighet inte bara att förbättra patientens neurokognitiva resultat, utan också att få insikter om vilka biomarkörer som representerar cerebral ischemi eller andra tecken på hjärnskada.

Våra specifika mål är att: 1. Bedöma den transcerebrala metabolomiska profilen och neurokognitiva utfallet som svar på cerebral skada hos patienter som övervakas och behandlas enligt cerebral oximetri (NIRS) och de som just övervakas med NIRS.

Baserat på tillgänglig litteratur är vår arbetshypotes att jämfört med endast övervakade patienter, kommer cerebralt bränsleutnyttjande att påverkas differentiellt hos patienter som övervakas och behandlas genom att noggrant följa en specifik neuroprotektiv algoritm.

1.a. Testa plasmakoncentrationerna av metaboliter som representerar aminosyra-, kolhydrat-, energi-, lipid- och nukleotidvägarna med hjälp av kärnmagnetisk resonans (NMR) och masspektrometri.

1.b. Jämför den neurokognitiva funktionen hos behandlade och obehandlade patienter med hjälp av ett omfattande testbatteri bestående av 5 bedömningsmodaliteter vid baslinjen, vid tidpunkten för utskrivning och 6 veckor postoperativt.