Cerebral nitrosativ/oxidativ stress vid aneurysmal subaraknoidal blödning (NOX2)

BAKGRUND:

Aneurysmal subaraknoidal blödning (SAH) medför en hög morbiditet och mortalitet. Detta beror till stor del på utvecklingen av sekundär hjärnskada, inklusive komplikationsfördröjd cerebral ischemi (DCI), som drabbar 30 % av de initiala överlevande. Mekanismerna bakom sekundär hjärnskada efter SAH är ofullständigt förstått.

Kväveoxid (NO) är en potent endogen vasodilator som produceras av arginin av enzymet kväveoxidsyntas (NOS), som finns i tre isoformer: endotelial, neuronal och inducerbar NOS (eNOS, nNOS och iNOS). Vid tillstånd av inflammation och oxidativ stress kan fria radikaler reagera med NO och bilda peroxinitrit (ONOO-), som är mycket reaktivt och direkt kan skada biologiska makromolekyler som lipider och proteiner. Detta fenomen, dvs en ökad produktion av reaktiva kvävearter som potentiellt leder till cellskador, kallas nitrosativ stress.

Det anses allmänt att oxidativ/nitrosativ stress och associerade störningar i metabolismen av NO är involverade i utvecklingen av sekundär hjärnskada efter SAH, men den exakta rollen av dessa mekanismer är fortfarande ofullständigt förstått. Medan vissa författare anser att NOS-dysfunktion och en resulterande låg NO-biotillgänglighet är en viktig orsak till sekundär hjärnskada (och en nyckelmekanism bakom DCI), menar andra att en överproduktion av NO medierad av iNOS är ett missanpassningssvar som leder till förvärrad vävnadsskada p.g.a. nitrosativ stress.

Det transcerebrala (d.v.s. arteriellt till jugularvenöst) utbytet av NO-metaboliter och dess inbördes samband med oxidativ stress har aldrig studerats hos patienter med SAH. Utredarna antar att SAH är associerat med en initial minskning av den cerebrovaskulära biotillgängligheten av NO på grund av rensning av fria radikaler. Detta kan bidra till en ond cirkel, där en resulterande ökning av mikrovaskulärt motstånd, cerebral hypoperfusion och hypoxi i hjärnvävnaden ytterligare ökar produktionen av fria radikaler och NO-utarmning, vilket i slutändan leder till ischemisk hjärnskada och dåligt resultat.

HYPOTES:

Den nuvarande explorativa studien kommer att karakterisera det transcerebrala utbytet av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och NO-metaboliter under den tidiga fasen efter SAH jämfört med friska frivilliga. Dessutom kommer den att undersöka inverkan av dessa störningar på index för hjärnischemi och metabolisk dysfunktion, bedömd genom multimodal neuromonitorering, och inverkan av inducerade förändringar i arteriell syrespänning (PaO2). Utredarna antar att:

1. Patienter kommer att ha ett större cerebralt utflöde av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och en lägre cerebrovaskulär biotillgänglighet av NO jämfört med friska kontroller.
2. SAH-patienter kommer att uppvisa en progressiv minskning av den transcerebrala frisättningen av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och en motsvarande ökning av den cerebrovaskulära biotillgängligheten av NO under dagarna efter ictus.
3. En större klinisk svårighetsgrad av SAH kommer att vara associerad med en större transcerebral frisättning av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och en lägre cerebrovaskulär biotillgänglighet av NO.
4. En lägre syrespänning i hjärnvävnaden (PbtO2) och en större börda av hjärnvävnadshypoxi (definierad som procentandelen av övervakningstiden med ett PbtO2 <20 mmHg) kommer att associeras med ett större cerebralt utflöde av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och en lägre cerebral biotillgänglighet av NO.
5. Ett högre mikrodialysat-laktat/pyruvat-förhållande och en större börda av hjärnans metaboliska kris (definierad som procentandelen av övervakningstid med ett laktat/pyruvat-förhållande >40 och glukoskoncentration <0,7 mmol/l) kommer att vara associerade med ett större cerebralt utflöde av oxidativa/nitrosativa stressmarkörer och en lägre cerebral biotillgänglighet av NO.
6. Inducerad mild hypoxi kommer att associeras med en ökad transcerebral frisättning av markörer för oxidativ/nitrosativ stress och en minskning av den cerebrovaskulära biotillgängligheten av NO jämfört med baslinjen, medan inducerad mild hyperoxi kommer att ha motsatt effekt.

I explorativa syften kommer vi även att ta prover på cerebrospinalvätska (CSF) hos patienter med extern ventrikulär dränering och överskott av cerebralt mikrodialysat när detta är tillgängligt.

METODER:

Studien är en prospektiv fysiologisk studie som kommer att inkludera patienter med SAH inlagda på Neurointensive Care Unit (NICU) på Rigshospitalet. Patientinkluderingen kommer att fortsätta tills vi har erhållit fullständiga data om 20 patienter i den interventionella delstudien (se nedan), eller till den 1 april 2024, då inkluderingen kommer att stoppas och data kommer att analyseras oberoende av antalet inkluderade patienter . Dessutom kommer 12 friska försökspersoner att inkluderas för att fungera som kontrollgrupp.

Praktiskt genomförande av studien, patienter:

Patienterna kommer att få en artärkateter införd kort efter inläggningen som en del av rutinvården. Dessutom, så tidigt som möjligt efter att aneurysmet har säkrats, kommer en retrograd intern jugular venkateter (RJV kateter) att införas för provtagning av cerebralt venöst blod. Vitala parametrar kommer att övervakas enligt standardpraxis på NICU, och patienter kommer att genomgå kontinuerlig multimodal neuromonitorering av intrakraniellt tryck (ICP), PbtO2 och hjärnans metabolism (cerebral mikrodialys). Under interventioner kommer transkraniellt Doppler-ultraljud (TCD) att användas för att bestämma medelhjärnans medelflödeshastighet som ett surrogatmått på cerebralt blodflöde. Studien kommer att bestå av en observations- och en interventionell delstudie, vilka beskrivs individuellt nedan.

Observationsdelstudie: Parade blodprover (dvs. samtidiga blodprover från RJV och artärkatetrar) kommer att tas 1) omedelbart efter placering av RJV-katetern (förväntat: dag 0-2 efter intagning), 2) under interventioner (se nedan) och 3) strax före avlägsnande av RJV-katetern (förväntat: dag 3-6 efter inläggning). Förutom blodprovtagning kommer patienter med ett befintligt externt ventrikulärt drän att genomgå provtagning av CSF, och patienter med en cerebral mikrodialyskateter kommer att genomgå provtagning av överskott av mikrodialysat i explorativa syften.

Interventionell delstudie: Mild hypo- och hyperoxi kommer att induceras av i randomiserad ordning genom att ändra ventilatorinställningarna (fraktionen av inandat syre), med sikte på en PaO2 på 9-10 kPa för mild hypoxi och 13-14 kPa för mild hyperoxi (standard). behandlingsmål: 10-12 kPa). Blodprover kommer att tas vid baslinjen (normoxia) och efter 60 minuter efter varje intervention (totalt 3 parade blodprover).

Praktiskt genomförande av studien, friska kontroller:

Experiment på friska försökspersoner kommer att genomföras på NICU. Instrumentering och övervakning liknar det som beskrivs ovan: en arteriell- och RJV-kateter kommer att införas, och försökspersonerna kommer att genomgå TCD-övervakning som ett index på cerebralt blodflöde utöver standard kardiorespiratorisk övervakning.

Efter instrumentering och en kort viloperiod kommer en baslinjeutvärdering att genomföras, varefter försökspersonerna kommer att genomgå interventioner i randomiserad ordning: Hypo- och hyperoxi kommer att induceras med hjälp av en tättslutande mask kopplad till en icke-återandningsventil, en slut- CO2-mätare för tidvatten och en behållare som tillförs genom komprimerade gasflaskor. Fraktionen av inandat syre kommer att titreras, med sikte på en PaO2 på 9-10 kPa för mild hypoxi och 13-14 kPa för mild hyperoxi. Dessutom kommer friska försökspersoner att genomgå en tredje intervention där andelen av inandat syre kommer att ökas till 100 %. Isocapni kommer att säkerställas genom att lägga till CO2 till den inspirerade luften ad hoc. Blodprover kommer att tas vid baslinjen (normoxi) och efter 60 minuter av mild hypoxi, 60 minuter av mild hyperoxi och 60 minuter av "svår hyperoxi".

BIOKEMISKA ANALYSER:

Vid varje provtagningstidpunkt kommer en liten mängd blod omedelbart att analyseras för nivåer av blodgaser och syra-basstatus. De återstående biologiska proverna kommer att centrifugeras, alikvoteras och förvaras vid -80°C fram till analys.

Blodprover kommer att analyseras för följande markörer för oxidativ stress: askorbatradikalen, lipidhydroperoxider, myeloperoxidas och antioxidanterna glutation, α/γ-tokoferol, α/β-karoten, retinol och lykopen.

Följande NO-metaboliter kommer att bestämmas: total NO-koncentration i plasma (nitrat (NO3-) + nitrit (NO2-) + S-nitrosotioler (RSNO)) och total mängd röda blodkroppar bundet NO (nitrit (NO2-) + nitrosylhemoglobin (HbNO) (HbSNO)) + S-nitrosohemoglobin (HbSNO)). Dessutom kommer 3-nitrotyrosin att bestämmas som en surrogatmarkör för peroxinitrit.

Följande biomarkörer för neurovaskulär enhetsskada kommer att bestämmas: S100ß, glialfibrillärt surt protein, neuronspecifikt enolas, ubiquitin karboxiterminalt hydrolas L1, neurofilament lätt kedja och total tau.