POVZETEK

V zadnjemu desetletju se je uporaba bližnje infrardeče spektroskopije (NIRS) za potrebe neinvazivne nevrološke monitorizacije razširila tudi po oddelkih nevrološke intenzivne terapije (ONIT) predvsem za optimizacijo terapij in protokolov. Ta preiskava omogoča sledenje cerebralne oksigenacije v realnem času, hemodinamike in metabolizma, vse za izvajanje nevrološke zaščite (nevroprotekcije). Med najbolj raziskanimi nevrološkimi patologijami z bližnjo infrardečo spektroskopijo izstopata predvsem subarahnoidna krvavitev (SAK) in ishemična možganska kap (IMK). Naše izkušnje so prvenstveno omejene na bolnike s subarahnoidno krvavitvijo, pri katerih so hipoperfuzijski dogodki pomemben dejavnik celokupne smrtnosti. V prispevku so opisane tudi možnosti uporabe pri oceni delovanja avtoregulacije možganskega krvnega pretoka, v zdravljenju ishemične možganske kapi ter pomen uporabe pri nadzoru hemisfernega edema v sklopu sindroma maligne medije.

Kjučne besede: bližnja infrardeča spekroskopija, neinvazivni nevrološki nadzor, subarahnoidna krvavitev

SUMMARY

Near-infrared spectroscopy (NIRS) as a noninvasive, bedside monitoring tool is proposed in many clinical neurological scenarios in the intensive care unit setting. The potential role as well as limitation for the use of this tehnology as a neuromonitoring device are under investigation. Most of our experience in neurology intensive care is related to patients after subarachnoid hemorrhage. Patients after subarachoid hemorrhage are at risk for hypoperfusion events that are important facors in therms of mortality. NIRS is used also for therapeutical optimisation in ishemic and hemorrhagic stroke. The importance of monitoring both the infarcted and non-infarcted hemispheres in management of space occupying middle cerebral artery (MCA) infarction is also highlighted.

Key words: near-infrared spectroscopy, noninvasive nouromonitoring, subarachoid hemorrhage

UVOD

Bližnja infrardeča spektroskopija (near infrared spectroscopy – NIRS) je neinvazivna tehnika za neprekinjeno, obposteljno opazovanje regionalne možganske oksigenacije (rSO₂). Fizikalni princip te spektroskopije temelji na lastnosti svetlobe valovne dolžine blizu infrardečih žarkov (700 do 1000 nm), ki lahko prosevajo skozi lobanjo in segajo nekaj centimetrov globoko v možganovino, predvsem možgansko skorjo. Te valove različno absorbirata oksihemoglobin (HbO) in deoksihemoglobin (dHbO). Optične elekrode je treba prilepiti obojestransko na preiskovančevo čelo. Refraktarna spektrometrija omogoča izračun, kolikšen del žarkov se je na tej poti absorbiral. Merjenje te atenuacije pokaže relativne koncentracije HbO in dHbO v območju, ki ga je žarek zaobšel. Posplošeno je vrednost bližnje infrardeče spektroskopije kazalec območne koncentracije hemoglobina, vendar ne pove, v kakšni obliki je prisoten (znotraj- ali zunajžilni) (1, 2, 3). Ta spektroskopija s svojimi tehnološkimi izpeljankami omogoča kontinuirano in neinvazivno merjenje regionalne možganske oksigenacije (rSO₂), zato so jo najprej uporabljali med srčnožilnimi operativnimi posegi. Monitoriranje omenjene oksigenacije ter izvajanje ustreznih terapevtičnih ukrepov med tovrstnimi operativnimi posegi zmanjša tveganje za hipoksijo možganov in dokazano tudi za pojavnost kognitivnega upada (4, 5).

Če je cirkulacija ohranjena, meritev rSO₂ zajame 1/3 arterijske in 2/3 venske krvi (2). Za smiselno razlago rezultata bližnje infrardeče spektroskopije (NIRS) in primerjavo njene vrednosti v časovnem intervalu je nujno treba poznati osnovni patofiziološki proces, ki ga spremljamo. Velika vrednost NIRS lahko pomeni stabilno perfuzijo v frontalnemu delu možganovine ali prisotnost hematoma. Toda o spremenjeni regionalni možganski perfuziji in oksigenaciji lahko tako sklepamo le posredno.

BLIŽNJA INFRARDEČA SPEKTROSKOPIJA PRI SUBARAHNOIDNI KRVAVITVI

Subarahnoidna krvavitev (SAK) je možganskožilna bolezen z veliko umrljivostjo. Končni izid bolezni je pogosto huda oviranost in kar polovica zbolelih doživlja trajne nevrološke izpade. Vazospazem je poleg začetne ali ponovne krvavitve pomemben vzrok umrljivosti in oviranosti zaradi subarahnoidne krvavitve. Klinično očiten vazospazem kot tudi posledični zapozneli ishemični primanjkljaj (ZIP) se pojavljata pri 30 do 40 % bolnikov s to krvavitvijo (6). Najpogosteje nastane vazospazem med 4. in 14. dnem po nastanku subarahnoidne krvavitve. Diagnoza je prvenstveno klinična prepoznava novonastalih nevroloških izpadov. Klinična diagnoza pa je otežena pri komatoznih in tistih bolnikih, pri katerih poteka terapevtska sedacija. Zato je zanje izjemno pomembno monitoriranje možganskega krvnega pretoka, ker zgodnje prepoznavanje vazospazma omogoča usmerjeno izvajanje terapevtskih ukrepov in s tem zmanjšanje pojavnosti zapoznelega ishemičnega primanjkljaja (7).

Metode za določanje diagnoze vazospazma so različne rentgenološke preiskave, kot so računalniška tomografska angiografija (CTA), transkranialna dopplerska sonografija (TCD) in bližnja infrardeča spektroskopija (NIRS). Slednja se od preostalih razlikuje po tem, da ni invazivna in da neprekinjeno meri spremembe možganske oksigenacije ter izračunava relativne spremembe možganske oksigenacije in možganskega krvnega pretoka. Tako omogoča zgodnje prepoznavanje vazospazma in spremljanje učinkovitosti izvajanih terapevtskih ukrepov (1).

Vazospazem kot zaplet subarahnoidne krvavitve zmanjša možganski krvni pretok in s tem regionalno možgansko oksigenacijo. Omejitev tehnologije bližnje infrardeče spektroskopije pri določanju vazospazma pomeni med drugim širok razpon normalnih vrednosti regionalnega možganskega kisika (rSO₂) kot tudi nedefiniranost vrednosti rSO₂ pri možganskožilnih boleznih, kot je subarahnoidna krvavitev. Pri mladih, zdravih in budnih prostovoljcih so bile izmerjene vrednosti rSO₂ od 65 do 77. Za bolnike s subarahnoidno krvavitvijo je torej pomembna predvsem izhodiščna vrednost rSO₂. Njeno zmanjšanje za 20 % in več ali, če je enaka ali manjša od 50, nakazuje možnost vazospazma in pomeni intervencijsko vrednost rSO₂. Zmanjšanje izhodiščne vrednosti rSO₂ za 25 % in več ali, če je enaka ali manjša od 45, pa šteje za kritično vrednost. Enako velja, če je prisotna asimetrija med desno in levo stranjo in se vrednosti rSO₂ razlikujeta za 20 % in več oziroma 10 ali več (4, 8).

Tehnologija bližnje infrardeče spektroskopije omogoča prepoznavanje sprememb regionalne možganske oksigenacije, ne pa tudi prepoznavo vzroka njenega zmanjšanja. Poleg vazospazma v sklopu subarahnoidne krvavitve je regionalna možganska oksigenacija odvisna tudi od številnih sistemskih dejavnikov, ki vplivajo na prenos kisika in porabo kisika. Tako je samo prenos kisika odvisen od srednje vrednosti arterijskega tlaka, delnega tlaka ogljikovega dioksida v arterijski krvi, koncentracije hemoglobina, temperature in saturacije arterijske krvi s kisikom. Hipertermija, huda hipotenzija, anemija, hipoksemija in hipokapnija pa so stanja, ki poleg vazokonstrikcije možganskega žilja zmanjšujejo vrednost rSO₂ (9). To zmanjšano vrednost je vedno treba najprej pravilno ovrednotiti in po izključitvi sistemskih vzrokov za zmanjšanje regionalne možganske oksigenacije še z dodatno preiskavo potrditi vazospazem (na primer s transkranialno dopplersko sonografijo).

Poleg preventivnega dajanja nimodipina pri obstoječi euvolemiji in prepoznanem zapoznelem ishemičnem primanjkljaju izvajamo skladno z najnovejšimi smernicami predvsem inducirano hipertenzijo ter vzdržujemo euvolemijo. Kadar navedeni ukrepi niso učinkoviti, se zdaj uveljavljata metodi intraarterijska uporaba vazodilatatorjev in perkutana transarterijska balonska dilatacija večjih znotrajlobanjskih arterij (6).

Naše izkušnje

Na Oddelku intenzivne nevrološke terapije Kliničnega oddelka za vaskularno nevrologijo in intenzivno nevrološko terapijo Nevrološke klinike Univerzitetnega kliničnega centra (ONIT KO VNINT NK UKC) Ljubljana smo leta 2010 začeli pri bolnikih s subarahnoidno krvavitvijo izvajati monitoriranje z regionalno možgansko oksigenacijo z napravo INVOS 5100 cerebral/somatic oxymeter (Somanetics Corporation) za zgodnje odkrivanje in spremljanje učinkovitosti zdravljenja vazospazma. Ker prospektivna raziskava še poteka, navajamo samo preliminarne rezultate.

Do sedaj smo napravo INVOS uporabili pri 33 bolnikih s subarahnoidno krvavitvijo. Povprečno so bili stari 56,8 (21 do 82) let . Povprečna ocena po glasgowski točkovni lestvici je bila 7.

Večina anevrizem je bila lokalizirana v sprednjem možganskem povirju, manj v vertebralno-bazilarnem (4).

Pri 5 bolnikih z rentgenološkimi preiskavami anevrizmatičnih sprememb nismo potrdili. Dva bolnika sta imela perimezencefalno subarahnoidno krvavitev, eden pa je krvavel iz arteriovenske malformacije.

Enaindvajsetim bolnikom smo anevrizmo oskrbeli endovaskularno, sedmim pa izključili iz obtoka z mikrokirurškim posegom.

Z napravo INVOS smo spremljali regionalno možgansko oksigenacijo od 4. do 14. dne po nastanku subarahnoidne krvavitve oziroma do premestitve bolnika iz Enote nevrološke intenzivne terapije.

Srednja izhodiščna vrednost rSO₂ je bila 66 (42 do 95); kot kritično smo opredelili njeno zmanjšanje za 20 % ali manjšo od 45 ter večjo razliko med desno in levo stranjo od 10.

Pri zdravljenju vazospazma smo se v skladu z najnovejšimi priporočili odločali za inducirano hipertenzijo in euvolemijo. Enemu bolniku smo uvedli intraarterijsko infuzijo vazodilatatorja (nimodipina).

Ishemične spremembe oziroma infarkte možganovine smo z rentgenološkimi preiskavami ugotovili pri 9 bolnikih. Med njimi je bilo vrednotenje zmanjšanih vrednosti rSO₂ kot posledica vazospazma oteženo pri 3 bolnikih, pri katerih so se med intenzivnim zdravljenjem pojavili sistemski zapleti (pri 2 bolnikih sepsa in 1 bolniku miokardni infarkt), ki pomembno vplivajo na dejavnike kisikovega prenosa in tako posredno še na vrednosti rSO₂.

Pri preostalih 6 bolnikih smo izključili sistemske vzroke za manjše vrednosti rSO₂ in kot vzrok ugotovili hipoperfuzijo ali vazospazem. Pri 5 bolnikih so se vrednosti rSO₂ zmanjšale za več kot 20 %, pri enem pa smo beležili razliko med desno in levo stranjo, ki je bila večja od 10. Pri 2 bolnikih je bil vazospazem viden že med endovaskularno oskrbo anevrizme. Enemu od teh dveh bolnikov smo takoj uvedli intraarterijsko infuzijo nimodipina.

Zmanjšanje vrednosti rSO₂ kot posledico vazospazma smo odkrili med 1. in 12. dnem po nastopu subarahnoidne krvavitve. Diagnoza vazospazma je bila pri 3 bolnikih potrjena z računalniškotomografsko angiografijo možganskih arterij. Ishemične spremembe možganov smo potrdili pri 2 bolnikih z računalniško tomografijo glave in pri 1 bolniku z magnetnoračunalniškim slikanjem (MRI) glave.

Kot terapevtski ukrep smo 3 bolnikom z vazospazmom izvajali inducirano hipertenzijo. Dva bolnika s pomembnim možganskim edemom in porastom znotrajlobanjskega tlaka smo zdravili konservativno antiedemsko in opravili dekompresivno kraniektomijo. Pri enem hipertenzivnem bolniku z že ukinjeno sedacijo pa posebnih ukrepov nismo izvajali.

Pri preostalih 24 bolnikih vazospazma nismo ugotovili. Vzrok pomembnega zmanjšanja vrednosti rSO₂ pri teh bolnikih so bila stanja, ki vplivajo na prenos in porabo kisika. Najpogostnejši vzrok so bile hipertermija in hipoksemija v sklopu okužbe (respiratorni infekt) in hemodinamična nestabilnost. Kratkotrajno in prehodno zmanjšanje regionalne možganske oksigenacije so povzročili tudi različni posegi pri bolniku, med njimi najpogosteje aspiracije traheje in sprememba telesnega položaja.

Naši preliminarni rezultati potrjujejo uporabnost bližnje infrardeče spektroskopije v diagnostiki in spremljanju učinkovitosti zdravljenja vazospazma pri subarahnoidni krvavitvi. Pomembno je predvsem pravilno vrednotenje vrednosti in sprememb rSO₂. Izključiti moramo sistemske vzroke zmanjšanja vrednosti rSO₂ ter nato prisotnost vazospazma potrditi z dodatnimi preiskavami. Rentgenološke preiskave vključujejo prevoz kritično bolnih, jih obremenjujejo s kontrastnim sredstvom in rentgenskim žarčenjem; poleg tega so odvisne od razpoložljivosti strokovno usposobljenega kadra. Zato menimo, da je izbirna metoda za potrditev diagnoze vazospazma transkranialna dopplerska sonografija, katero trenutno tudi uvajamo.

Ko je vazospazem potrjen, začnemo izvajati priporočeno zdravljenje, predvsem s hipertenzijo, inducirano z vazoaktivnimi zdravili. Kadar ti ukrepi niso učinkoviti, bi v prihodnje mogoče morali pogosteje razmišljali o bolj agresivnem zdravljenju, na primer o intraarterijski uporabi vazodilatatorjev ali perkutani transarterijski balonski dilataciji.

BLIŽNJA INFRARDEČA SPEKTROSKOPIJA PRI ISHEMIČNI MOŽGANSKI KAPI

Bližnja infrardeča spektroskopija je pri ishemični možganski kapi uporabna za ugotavljanje učinkovitosti trombolitičnega zdravljenja in z njim povezanih zapletov ter reperfuzije. Uporabna je tudi lahko za optimizacijo fizioloških parametrov, za katere vemo, da posredno vplivajo na klinični izid zdravljenja ishemične možganske kapi (na primer sistemska in cerebralna oksigenacija, optimiziranje sistemskega krvnega tlaka). Bližnja infrardeča spektroskopija se je izkazala tudi pri spremljanju rehabilitacije bolnika po ishemični možganski kapi ob pomoči analize reorganizacije in nevroplastičnosti po tej kapi. Kljub temu, da ima velik potencial kot diagnostična metoda pri ishemični možganski kapi, je treba upoštevati tudi omejitve njene tehnologije v tem kontekstu. Ključna za njeno uspešno uporabo je natančnost pri merjenju sprememb oksigeniranega hemoglobina v možganski cirkulaciji. Tako ni še povsem jasno, ali spremembe v venski oksigenaciji spremenijo vrednost NIRS. Pri interpretaciji je treba vedno upoštevati možnost dodatne absorpcije infrardeče svetlobe (v kožo, kost, cerebrospinalno tekočino). Tudi meritve absorpcije ekstrakranialnih struktur pri isti osebi se spreminjajo sorazmerno s spremembami ekstrakranialnega pretoka. Vprašanje, ali je ta delež pomemben pri interpretaciji rezultata bližnje infrardeče spektroskopije, še ni jasno (10, 11).

Med potencialnimi uporabami bližnje infrardeče spektroskopije v sklopu ishemičnih dogodkov so zanimive raziskave, s katerimi so ugotavljali, ali lahko pomaga pri odločitvi, kdaj je indicirana dekompresivna kraniektomija pri maligni ishemični možganski kapi v povirju srednje možganske arterije (ACM). Zapora slednje v 10 % povzroči hud možganski edem ter posledično premik struktur čez srednjo linijo in transtentorialno herniacijo.

Razlika med regionalno možgansko oksigenacijo v prizadeti in neprizadeti hemisferi se pri nastajajočem možganskem edemu zmanjšuje. O tem, kdaj je indicirana dekompresivna kraniektomija, bi poleg klinične odločitve pomagala prav čedalje manjša razlika med regionalno možgansko oksigenacijo v prizadeti in neprizadeti hemisferi. Če ta razlika ostaja konstantna, pomeni, da nam je s terapevtskimi ukrepi uspelo edem omejiti in preprečili hipoperfuzijo neprizadete hemisfere (12).

AVTOREGULACIJA MOŽGANSKEGA KRVNEGA PRETOKA

Avtoregulacija možganskega krvnega pretoka je intrinzična sposobnost možganskih žilnih struktur, da kljub spremembam perfuzijskega pritiska, zagotovijo stalen pretok krvi skozi možganovino. Ko zaradi patoloških procesov avtoregulatorni mehanizmi ne delujejo več, potem spremembe sistemskega arterijskega in intrakranialnega pritiska poslabšajo možganski edem in posledično še tkivno hipoksijo. Možgansko perfuzijo spremenijo: položaj glave, krvni tlak, srčna in dihalna frekvenca in dodana vazoaktivna zdravila, in sicer poleg prisotnih avtoregulatornih mehanizmov. Slednji so lahko odsotni ali ohranjeni, od osnovne možganske patologije pa je odvisno, v kolikšni meri in kje so ohranjeni.

Zamisel, da bi z bližnjo infrardečo spektroskopijo lahko ugotavljali spremenjeno avtoregulacijo, temelji na zaznavanju nizkofrekvenčnih intrakranialnih vibracij možganskega krvnega pretoka. Tkivni oksigenacijski indeks (TOI) je matematična formulacija teh sprememb, ki pa ni odvisna od koncentracije hemoglobina, debeline lobanjske kosti in debeline plašča cerebrospinalne tekočine.

Možganska avtoregulacija igra pomembno vlogo v preprečevanju sekundarnih hipoperfuzij in možganskega edema, ki je pri bolnikih s subarahnoidno krvavitvijo pogosten zaplet. Klasični način ugotavljanja ohranjenosti avtoregulatornih mehanizmov izvajamo s transkranialno dopplersko sonografijo. Neprekinjeno spremljanje tkivnega oksigenacijskega indeksa z bližnjo infrardečo spektroskopijo lahko zazna spremembe v ustreznosti avtoregulatornega odgovora. Na tak način bi bolniku lahko zagotovili optimalno vrednost sistemskega in perfuzijskega krvnega tlaka skozi možganovino (13, 14, 15).

SKLEP

V poteku intenzivnega zdravljenja subarahnoidne krvavitve je posebna pozornost namenjena predvsem zgodnjemu odkrivanju zapletov po primarni oskrbi anevrizme, saj je končni izid bolezni v veliki meri odvisen prav od njihove pojavnosti. Osnovni nalogi bližnje infrardeče spektroskopije pri subarahnoidni krvavitvi sta predvsem zgodnje prepoznavanje vazospazma in ocena delovanja avtoregulacije. Njeno uporabo kot komponento kompleksnejšega nevromonitoringa pri bolnikih v intenzivni nevrološki enoti napovedujejo tudi za bolnike, ki so utrpeli ishemično možgansko kap ali krvavitev, in za vse, pri katerih je optimalna perfuzija možganovine pomembna za preživetje.

LITERATURA

• 1.Mutoh T, Ishikawa T, Suzuki A, Yasui N. Continuous cardiac output and near.infrared spectroscopy monitoring to assist in management of symptomatic cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Neurocrit Care, 2010; 13: 331-8.
• 2.Murkin JM, Arango M. Near-infrared spectroscopy as an index of brain and tissue oxygenation. Brit J Anaesthesia, 2009; 103Suppl BJA/PGA: i3-i13.
• 3.Bhatia A, Gupta AK. Neuromonitoring in the intensive care unit. II. Cerebral oxygenation monitoring and microdialysis. Intensive Care Med, 2007; 33: 1322-28.
• 4.Scheeren TWL, Schober P, Schwarte LA. Monitoring tissue oxygenation by near infrared spectroscopy (NIRS): background and current applications. J Clin Monit Comput, 2012; 26: 279-87.
• 5.Slater JP, Guarino T, Stack J in sod. Cerebral oxygen desaturation predicts cognitive decline and longer hospital stay after cardiac surgery. Ann Thorac Surg, 2009; 87: 36-45.
• 6.Connolly ES, Rabinstein AA, Carhuapoma JR, Derdey CP, Dion J, Higashida R in sod. Guidelines for the management of aneurysmal subarachnoid hemorrhage: a guideline for healthcare professionals from the American heart association/American stroke association. Stroke, 2012; 43: 1711-37.
• 7.Keyrouz SG, Diringer MN. Clinical rewiew: Prevention and therapy of vasospasm in subarachnoid hemorrhage. Critical Care, 2007; 11: 200.
• 8.Edmonds HL, Ganzel BL, Austin EH. Cerebral oxymetry for cardiac and vascular surgery. Semin Cardiothorac Vasc Anesth, 2004; 8(2): 147-66.
• 9.Yao FSF, Tseng CCA, Ho CYA, Levin SK, Illner P. Cerebral oxygen desaturation is associated with early postoperative neuropsychological dysfunction in patients undergoing cardiac surgery. J Cardiothorac Vasc Anesth, 2004; 18(5): 552-8.
• 10.Carandang R, Krieger DW. Near infrared spectroscopy: finding utility in malignant hemispheric stroke. Neurocrit Care, 2007; 6: 161-4.
• 11.Aries MJ, Coumou AD, Elting JW, Harst JJ, Kremer BP, Vroomen PC. Near infrared spectroscopy for detection of desaturations in vulnerable ischemic brain tissue: a pilot study at the stroke unit bedside. Stroke, 2012; 43(4): 1134-6.
• 12.Damian MS, Schlosser R. Bilateral near infrared spectroscopy in space-occupying middle cerebral artery stroke. Neurocrit Care, 2007; 6: 165-73.
• 13.Budohoski KP, Czosnyka M, Smielewski P in sod. Impairment of cerebral autoregulation predicts delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage: a prospective observational study. Stroke, 2012; 43(12): 3230-7.
• 14.Zweifel C, Castellani G, Czosnyka M in sod. Continuous assessment of cerebral autoregulation with near-infrared spectroscopy in adults after subarachnoid hemorrhage. Stroke, 2010; 41: 1963-8.
• 15.Dohmen C, Bosche B, Graf R in sod. Identification and clinical impact of impaired cerebrovascular autoregulation in patients with malignant middle cerebral artery infarction. Stroke, 2007; 38: 56-61.