严重脑外伤后皮质扩散去极化

本研究的目的是提高我们对皮质扩散去极化 (CSD) 作为严重创伤性脑损伤 (TBI) 继发性损伤机制的理解。 推进 TBI 治疗的主要障碍是其在病因、严重程度、病理生理学和缺乏治疗靶点方面的异质性。 目前，没有任何干预措施可以逆转或恢复在最初的创伤性侮辱中受损或丧失的脑组织的功能；因此，治疗的重点是尽量减少导致最初脑损伤扩大的继发性损伤。

在过去的几年里，对严重 TBI 后继发性损伤潜在机制的理解取得了重大进展。 这是一项重要的工作，因为严重 TBI 后的二次伤害被认为会显着增加初始伤害的严重程度，并且这种类型的伤害被认为可以采取干预措施来减轻随后的伤害严重程度。 在严重 TBI 后继发性损伤的推定机制中，最近证明 CSD 事件与严重 TBI 后更差的结果之间存在关系。 因此，有必要更透彻地了解影响 TBI 后 CSD 发生和频率的因素，以便制定治疗策略以减少或阻止这些事件的发生。

在年轻人中，TBI 是发达国家发病率和死亡率的主要原因。 在美国，TBI 是意外伤害的常见后遗症，每年约有 250 万人受到影响，其中约 10% 的人需要长期住院，通常在重症监护室。 美国每年约有 275,000 人 (15.1%) 入院和 52,000 人死亡是由于 TBI。 那些在最初的伤害中幸存下来的人不可避免地会面临在神经重症监护病房 (ICU) 中长期停留、可能的神经外科干预以及长时间的急性后支持治疗。 在美国，估计有 530 万人因 TBI 而长期残疾。

鉴于伴随严重 TBI 的医疗护理的复杂性和持续时间，因此与 TBI 相关的护理费用是巨大的。 据估计，2010 年 TBI 相关入院的住院总费用为 214 亿美元。 除住院费用外，据估计，TBI 每年给美国经济造成 765 亿美元的损失，其中残疾和生产力损失的成本超过急性医疗和康复的成本。

自 1944 年首次描述以来，扩散性去极化 (SDs) 随后在许多动物研究中被证明是缺血性中风、蛛网膜下腔出血 (SAH) 和创伤性脑损伤后继发性脑损伤的一种机制。 SDs 也被证明发生在急性脑损伤（如 TBI、SAH 和缺血性中风）后患者的大脑灰质中。 迄今为止，对 TBI 后 500 多名患者进行的脑电图 (ECoG) 监测表明，在初次受伤后的数天至数周内，55-90% 的个体会出现 SD。 这些研究表明，SD 频率在 TBI 后 1-2 天出现初始峰值，在 6-7 天出现第二个峰值。 此外，SD 与 TBI 后较差的结果相关。

SD 由使神经元和星形胶质细胞去极化并破坏局部皮层功能数分钟至数小时的大量波组成，首先通过从单个硬膜下电极条获得的 ECoG 记录证明发生在严重的 TBI 患者中。 在这些研究中，接受神经外科手术以进行减压和/或血肿清除的严重 TBI 患者在损伤震中附近放置了一个线性硬膜下电极条（六个电极，电极之间的间距为 10 毫米），这使得连续的 ECoG 记录可以获得最多至初次受伤后 7 天。 上述研究和随后的几项调查是证明 (1) 动物研究中首次描述的 SD 现象发生在 TBI 后患者中的重要步骤，以及 (2) SD 与 TBI 后较差的结果相关。

尽管取得了进步，但以前的研究最多在 7 天后就停止了 ECoG 记录。 然而，7 天的记录期可能不足以准确描述 TBI 后 SD 的总负担，因为之前的工作表明 SD 在 TBI 后 0-2 天左右出现早期高峰期，随后是相对静止期，然后是第二个高峰期TBI 后 7 天左右 SD 频率增加。 因此，更长的记录周期将更好地了解 TBI 后 SD 的自然历史，并允许更准确地了解影响这些病理事件启动的生理和病理生理因素。

所有先前的 SDs ECoG 记录都依赖于硬膜下电极条，该电极条由放置在大脑皮层附近挫伤脑组织上的线性电极阵列组成。 这种记录策略足以捕获 SD 事件，但是，它提供了监视皮质表面小区域的能力。 小的监测区域对以前的研究施加了一些限制。 首先，在每个记录电极触点的有限距离内捕获 CSD。 发生在监测区域之外的 CSD 没有被记录下来，因此，之前的研究可能低估了 TBI 后 SD 事件的真实频率。 其次，硬膜下条带的线性配置不能提供足够的关于 CSD 波的空间信息来确定传播的来源或方向。 改进的 ECoG 记录的空间分辨率与适当的分析技术相结合将允许确定 SD 波传播的方向，并可能识别 SD 起源的病理病灶。 识别 SD 的起源位置将能够将这些位置与成像相关联，以确定导致这种病理现象的结构特征和病理。

本研究的总体目标是初步评估改进的记录策略和分析技术，以更好地定义在严重 TBI 中产生这些 CSD 事件的严重受伤大脑中的 SD 事件和结构异常。 为了实现这一目标，本研究将利用 4 个硬膜下电极条排列成 4x4 电极触点网格，用于记录 ECoG 活动，同时采集需要神经外科干预的 TBI 患者的其他几种生理测量值。

这项研究的结果可以为监测 TBI 后的 CSD 事件和确定引起这些事件的特定病理类型的方法提供一个关键的进步。 这将是开发新干预措施的重要下一步，以减少或消除 TBI 患者 SD 的频率，从而降低导致严重脑损伤后更高发病率和死亡率的继发性脑损伤程度。

尽管在严重脑损伤后的患者护理方面取得了进展，但 TBI 的发病率和死亡率仍然很高。 由于对最初引发创伤事件后导致继发性损伤的因素缺乏基本了解，开发有效的治疗方法以最大限度地降低 TBI 后的发病率和死亡率一直受到阻碍。 通过更好地了解 TBI 后继发性脑损伤的机制，例如 CSD，以及监测病理事件的方法，将有更多机会开发新的治疗方法。 这是一项初步研究，目的是更好地描述严重 TBI 后的 CSD。

硬膜下电极已广泛用于记录 TBI 和其他形式的脑损伤后的 ECoG 活动。 尽管需要一种侵入性的记录形式，但 ECoG 活动仍然是监测 CSD 事件的唯一既定手段。 通过硬膜下电极进行的侵入性神经监测在 1930 年代首次得到证实，并且仍然是癫痫监测中常用的神经外科手术。 最近的一项回顾性研究发现，总体并发症发生率约为 9.1%，其中 0.6% 的患者在硬膜下电极植入后出现永久性神经功能缺损。 19 此外，在明尼苏达大学医学中心还没有发生过与硬膜下电极放置相关的单一感染。 除了允许检测 CSD 事件外，硬膜下电极还可以识别亚临床癫痫发作，因此可以为接受硬膜下电极记录的患者提供临床益处。

参加本研究的受试者将从需要以开颅手术或开颅手术形式进行神经外科干预的患者中选出，因此，不会仅仅为了放置硬膜下记录电极而接受侵入性手术。 在标准的开颅/开颅手术过程中，硬脑膜被打开以暴露允许放置硬膜下记录条，而对标准手术过程的修改最小。 放置硬膜下条带后，导线将远离大脑，以便它们远离大脑，从而最大限度地降低感染风险。 这种方法的额外好处是，当研究期结束时，可以在床边移除隧道式导线。

除了 ECoG 记录外，其他形式的侵入性神经监测，包括用于测量 ICP、脑组织氧合作用和温度的 Licox bolt（Integra Life Sciences，Plainsboro，新泽西州），以及脑室外引流 (EVD) 将作为一部分严重 TBI 的现行护理标准。

研究期将与严重 TBI 后临床指示侵入性神经监测一样长。 如背景部分所述，CSD 之前的调查在 7 天的记录期后结束。 较短的记录时间可能阻碍了对严重 TBI 后 CSD 的自然历史的充分理解，因此阻碍了对产生这些事件的病理生理因素的充分理解。 将记录期延长至临床指示的侵入性神经监测的整个期间的额外风险最小，因为硬膜下记录在明尼苏达大学常规进行，用于癫痫监测 4-6 周，没有记录的严重并发症。

亨内平县医疗中心 (HCMC) 是服务于中西部上游地区的区域一级创伤中心，也是明尼苏达大学神经外科住院医师计划的培训地点之一。 作为一个大型区域性创伤中心，历史上有大量严重的 TBI 患者需要以开颅手术或开颅手术的形式进行神经外科干预，随后作为临床护理标准的一部分需要进行长时间的侵入性神经监测。 研究人群将从所有出现在 HCMC 急诊室、创伤室或直接转移到神经外科的创伤患者中抽取。