Využití kontinuálního monitoringu průtoku krve mozkem po těžkém mozkovém poranění

Overview

Úvod:
Intenzivní léčba pacientů po těžkém poranění mozku je v časné posttraumatické fázi zásadní s hlediska prognózy pacientů. Těžká poranění mozku jsou zatížena vysokou mortalitou. Dle výsledků některých studií 40 až 60 % pacientů ukončí léčbu s neuspokojivým výsledkem. Komplexní invazivní monitoring umožní detailnější zhodnocení aktuálního stavu pacientů a pomůže včas zahájit adekvátní terapii. Materiál a metody: V rámci pilotní studie byla použita unikátní metoda přímého kontinuálního měření průtoku krve mozkem (CBF), srovnávali jsme benefit této metody v korelaci s jinými, již zavedenými metodami. Celkem bylo analyzováno pět pacientů po těžkém poranění mozku, u kterých jsme ihned po příjmu kontinuálně invazivně monitorovali intrakraniální tlak, mozkový perfuzní tlak, průtok krve mozkovou tkání a hladinu tkáňového kyslíku. Pacienti byli léčeni konzervativně i operačně. V rámci skupiny jsme analyzovali vliv jednotlivých monitorovacích modalit a jejich kombinací na léčebnou strategii u těchto pa­cientů, přičemž jsme se zaměřili na přínos přímého kontinuálního měření CBF. Výsledky: Všechny sledované parametry vzájemně korelovaly, vzestup ICP byl následován poklesem CPP, mozkové perfuze (CBF) a hladin tkáňového kyslíku (p < 0,01). Sledované parametry reagovaly na změnu terapie a patologické hodnoty byly indikátorem neurochirurgické intervence. Závěr: Komplexní monitoring pacientů po těžkém poranění mozku zkvalitňuje intenzivní léčbu těchto pacientů a podává ucelenější obraz o procesech běžících v poškozené mozkové tkáni. Přímé měření CBF napomáhá zhodnocení stavu pacienta a v kombinaci s dalšími metodami by mohlo urychlit výběr vhodné léčebné modality, což by v konečném důsledku mohlo zlepšit celkový výsledek léčby.

Klíčová slova:
těžká poranění mozku – multimodální monitoring – průtok krve mozkem

Úvod

Těžká poranění mozku jsou zatížena vysokou morbiditou a mortalitou. Dle výsledků některých studií 40–60 % pacientů ukončí léčbu s neuspokojivým výsledkem. Mortalita těchto poranění je přibližně 40 % [1]. Neméně důležité jsou i finanční náklady spojené s kraniocerebrálními traumaty [2]. Nejvíce finančních prostředků je vynaloženo na diagnostiku, léčbu, časnou a následnou rehabilitační péči. Další nemalé finanční ztráty vznikají v důsledku pracovní neschopnosti a dočasné nebo trvalé invalidizace pacienta [3]. V 50–60 % jsou kraniocerebrální poranění sdružena s poraněním jiných orgánů (polytraumata), což samozřejmě zvyšuje jejich závažnost a mortalitu [4]. Zavádění modernějších metod do diagnostiky a terapie poranění mozku způsobilo mírný pokles mortality u kraniocerebrálních poranění (KCP) i přes jejich narůstající závažnost. Komplexní invazivní monitoring umožní detailnější zhodnocení skutečného klinického stavu pacientů a pomůže včas zahájit adekvátní terapii [3]. Zvyšování efektivity komplexní péče a mezioborová kooperace zůstává nadále hlavním předpokladem poklesu mortality a dalších negativních důsledků KCP.

V současnosti se terapeutické úsilí soustředí hlavně na předcházení sekundárního poškození mozkové tkáně, k němuž dochází při poklesu průtoku krve mozkem zejména pod vlivem vysokého ICP. Navíc se v patogenezi sekundárního poškození uplatňují i některé systémové změny, jako hypotenze a hypoxie [5,6]. ­Chesnut et al již v roce 1993 prokázali dvojnásobně vyšší mortalitu pacientů po těžkém KCP při poklesu systolického tlaku pod 90 mmHg [7]. Nejcitlivější na ischemické poškození jsou terminální okrsky cévního zásobení (watershed zones).

Používání klasických metod měření intra­kraniálního tlaku (ICP) a počítání mozkového perfuzního tlaku (CPP), invazivního měření krevního tlaku a krevních plynů nám přináší pouze nepřímé informace o celkové situaci v centrální nervové tkáni. Informace o průtoku krve mozkem (CBF) získáváme pouze nepřímou metodou. Do jisté míry se řídíme se hodnotou perfuzního tlaku (CPP), kterou získáme výpočtem (rozdíl mezi hodnotou středního arteriálního tlaku – MABP a hodnotou intrakraniálního tlaku, ICP).

Průtok krve se řídí principy Poiseuilleova zákona, kde objemový tok viskózní tekutiny při laminárním proudění trubicí kruhového průřezu je přímo úměrný tlakovému spádu a čtvrté mocnině poloměru trubice a nepřímo úměrný dynamické viskozitě.

V bílé a šedé mozkové hmotě se velikost průtoku krve liší. V lépe prokrvené mozkové kůře je cca 80 ml/100 g/min^-1, v bíle hmotě je cca 25–35 ml/100 g/min^-1. Průměrná hodnota průtoku krve mozkovou tkání je 55 ml/100 g/min^-1. Za minutu proteče mozkem cca 825 ml krve, čímž se řadí mezi nejvíce prokrvené orgány.

Průtok krve mozkem je do jisté míry ovlivňován cerebrovaskulární rezistencí, tedy i perfuzním tlakem, kdy za normálních okolností při CPP 40 mmHg dochází k maximální vazodilataci cévního řečiště v mozkové tkáni a k maximálnímu průtoku krve. Další pokles perfuzního tlaku nezvýší vazodilataci, naopak průtok krve mozkovou tkání se sníží. U pacientů po těžkém kraniotraumatu se hraniční hodnota CPP posouvá na 60–70 mmHg. V intenzivní léčbě těchto pacientů se proto snažíme udržovat hodnoty ICP maximálně do 20 mmHg sloupce, více se soustředíme na hodnoty CPP [8].

Poslední dobou se ale v monitoringu uplatňují nové metody zaměřující se na přímé sledování biochemických změn mozkové tkáně. Jedná se zejména o přímé sledování některých metabolitů (laktát, pyruvát), excitatorních aminů (glutamát, noradrenalin) nebo hladiny tkáňového kyslíku [9]. Jednou z nových nadějných metod je i přímé kontinuální měření průtoku krve mozkem. Na průtoku krve mozkem přímo závisí přísun živin a transport metabolitů v mozkové tkáni [10]. Přímé kontinuální měření průtoku krve mozkem (CBF) by mohla být unikátní metoda zlepšující monitoring, a tudíž i intenzivní léčbu pacientů.

Soubor a metodika

V období od dubna do srpna 2008 jsme v rámci přímého monitorování průtoku krve mozkem zařadili do pilotního souboru pět pacientů po těžkém poranění mozku (GCS při příjmu < 8) (tab. 1). Záměrem našeho výzkumu bylo ověřit přínos přímého monitorování CBF a zjistit korelaci hodnot průtoku krve mozkem s naměřenými hodnotami ICP, CPP a hodnotami parciálního tlaku kyslíku v mozkové tkáni (PbtO₂).

Všichni pacienti byli od příjmu kontinuálně tlumeni a byli na řízené ventilaci. V rámci multimodálního kontinuálního 24hodinového monitoringu jim bylo implantováno ICP čidlo, čidlo na invazivní měření arteriálního tlaku, čidlo na měření hladiny tkáňového kyslíku (LICOX) a čidlo na přímé měření průtoku krve mozkem (Hemedex).

Přímé měření CBF pomocí přístroje ­Hemedex je založeno na principu konduktivity mozkové tkáně. Součástí čidla jsou dva termistory. Jeden termistor slouží na měření teploty mozkové tkáně, druhý se zahřeje na teplotu cca o dva stupně vyšší, než je aktuální naměřená teplota, a CBF se pomocí software vypočítá na základě teplotního gradientu vzniklého mezi těmito termistory. Pokud stoupla teplota pacienta nad 38 °C, došlo k automatickému vypnutí přístroje, aby se předešlo případnému termickému poškození mozkové tkáně. Přímé měření teploty mozkové tkáně nám sloužilo mimo jiné i k optimalizaci terapie pomocí mírné řízené hypotermie. Hned po implantaci čidla a dále během měření přibližně jednou za 60 až 120 minut docházelo k automatické rekalibraci přístroje. Rekalibrace trvala přibližně tři minuty, během této pe­riody neprobíhalo měření CBF. K rekalibraci docházelo rovněž i po změně polohy čidla v mozkovém parenchymu.

Všechna tři čidla jsme implantovali do tří malých trepanačních otvorů, vzdálených od sebe cca 3 mm. Čidla jsme se vždycky snažili aplikovat do oblasti penumbry, případně do hemisféry, kde jsme předpokládali vyšší pravděpodobnost sekundárního poškození mozku. Např. u operovaných pacientů to byla strana, kde proběhla evakuace hematomů, případně dekompresní kraniektomie. Implantaci předcházelo CT vyšetření hlavy, na základě kterého jsme mohli přesněji vybrat monitorovanou oblast. Sledované parametry se analyzovaly v hodinových intervalech.

Celkem pět pacientů jsme podrobili multimodálnímu monitoringu a další analýze. Tři pacienti byli operováni, dva byli léčeni konzervativně. Operace byla indikována na základě CT vyšetření, případně hodnoty ICP. Snažili jsme se udržovat hodnotu ICP v přijatelném rozmezí (cca do 20 mmHg), hodnota cerebrálního perfuzního tlaku (CCP) byla udržována alespoň na 65–70 mmHg. Pokud selhaly konzervativní metody ovlivňování ICP a CPP, přikročili jsme k implantaci ventrikulostomie. K léčbě jinak neovlivnitelné nitrolební hyper­tenze byla využita aplikace mírné řízené celotělové hypotermie s dosaženou cílovou tělesnou teplotou 34 °C (přístroj Blanketrol, Cincinnati, USA). Použití hypo­termie předcházelo případné dekompresní kraniektomii. Cerebrální perfuze byla dále podle potřeby udržována prostřednictvím katecholaminů, které byly podávány kontinuálně.

Ze všech sledovaných parametrů jsme další analýze podrobili hodnoty ICP, CPP, CBF a PbtO₂ které byly monitorovány kontinuálně. Pacienty jsme rozdělili do dvou skupin. V první skupině byli konzervativně léčení pacienti, do druhé skupiny jsme zařadili operované pacienty. Evakuace hematomů neboli vnitřní dekomprese má dle našich zkušeností výraznější vliv na pokles ICP. Stejný fenomén jsme předpokládali i u CBF a PbtO₂. U jednoho pacienta jsme provedli dekompresní kraniektomii. Tento typ operace měl mít podle našeho názoru nejzásadnější vliv na změny hodnot sledovaných parametrů.

Při statistickém zpracování sledovaných parametrů jsme využili t-testu. Hodnoty ICP a CBF také ICP a PbtO₂ byly dále statisticky vyhodnoceny pomocí výpočtu korelačního koeficientu.

Výsledky

Průměrná doba multimodálního monitoringu byla 7,7 dne (medián 8), nejdelší 9 dnů. Čidla byla vyjmuta při odtlumení a zlepšení pacientů nebo maximálně 9. den v rámci prevence infekčních komplikací.

Průměrná hodnota CBF během prvních 24 hodin byla nízká (18,33 ml/100 ­g/­min^-1, medián 17 ml/100 g.min^-1). Hodnoty ICP byly zpočátku vyšší s průměrnou hodnotou 22,17 mmHg za prvních 24 hod (medián 22 mmHg). Hodnoty všech sledovaných parametrů se postupně zlepšovaly v průběhu léčby (grafy 1–3) (p < 0,01). Hodnoty CPP se měnily v závislosti od hodnot ICP a hodnot středního arteriálního tlaku (p < 0,01). Změny CBF v průběhu dalšího sledování ve všech skupinách u všech pacientů negativně korelovaly s hodnotami ICP a CPP (p < 0,01). Průměrné hodnoty PbtO₂ byly rovněž ve všech skupinách během prvních 24 hod nízké (PbtO₂ 13,33 mmHg) a vykazovaly postupné zlepšování. Maximální hodnota průtoku krve mozkem (CBF) byla 37 ml/100g/min^-1. Průměrná hodnota CBF ve všech skupinách během další sledované periody (24–183 hod). byla 31,17 ml/100 g/min^-1. Hodnoty PbtO₂ se zvyšovaly v korelaci s poklesem ICP a nárůstem CBF s maximální dosaženou hodnotou 37 mmHg a průměrnou hodnotou 24,66 mmHg.

K další analýze jsme pacienty rozdělili do dvou částí. Prvně jsme hodnotili konzervativně léčené pacienty (graf 1), pak jsme zhodnotili operované pacienty (graf 2). Očekávali jsme, že u operovaných pa­cientů dochází k výraznějším a rychlejším změnám monitorovaných parametrů.

Konzervativně léčení pacienti vykazovali během sledované periody postupné zlepšování ICP, CPP, CBF i PbtO₂ (graf 1). U pacienta 4 naměřené hodnoty korelovaly se zlepšujícím se klinickým stavem a ke konci sledováni vykazovaly fyziologické hodnoty. U pacienta 5 došlo také ke zlepšování hodnot, nicméně monitorování bylo ukončeno 9. den v rámci prevence vzniku infekčních komplikací.

U operovaných pacientů jsme pozorovali obdobné výsledky (graf 2). Před neuro­chirurgickou intervencí byla zaznamenána elevace ICP výrazně nad horní hranici fyziologického intervalu (graf 2). Okamžitě bylo provedeno kontrolní CT, které u pacienta 3 prokázalo progresi velikosti kontuzního ložiska. Kontrolní CT u pa­cienta 1 nevykazovalo dramatické zhoršení nálezu, nicméně u obou pa­cientů byla indikována okamžitá operace a odstranění hematomu, resp. kontuze. Po operaci jsme v obou případech zaznamenali signifikantní pokles ICP a nárůst CPP, CBF a PbtO₂ (p < 0,001). Během další sledované periody se hodnoty postupně normalizovaly. U pacienta 1 jsme čidla extrahovali 8. den kvůli překladu na spádové pracoviště.

U pacienta 2 bylo na základě elevace ICP až k hodnotě 32 mmHg a odpovídajícímu poklesu CPP a CBF v 25. hodině provedeno kontrolní CT s nálezem progrese edému mozkové tkáně. Poté byla provedena dekompresní kraniektomie. Po operaci jsme zaznamenali signifikantní pokles ICP a nárůst CPP, CBF a PbtO₂ (p < 0,001), nicméně během další sledované periody hodnoty monitorovaných parametrů kolísaly (graf 3).

Hodnoty ICP a CBF a také ICP a PtiO₂ byly statisticky vyhodnoceny pomocí výpočtu korelačního koeficientu. U obou sledovaných dvojic parametrů (ICP + CBF, ICP + PtiO₂) byla zjištěna statisticky významná korelace u všech skupin pacientů (tab. 1). Dle našich zjištění existuje závislost mezi ICP, CBF a PtiO₂ a tato závislost má lineární charakter. Pro statistickou významnost postačuje hodnota korelačního koeficientu r rovno alespoň 0,2565 (nesmí být menší) pro hladinu významnosti 0,01 a pro 100 hodnocených bodů. Námi hodnocený počet bodů byl dokonce vyšší (120, resp. 129).

Všechny sledované parametry a jejich změny vykazovaly těsnou vzájemnou závislost. Největší shoda byla pochopitelně mezi ICP a CPP, shoda mezi hodnotami ICP a CBF byla 81 %, hodnoty ICP a PtiO₂ byly ve vzájemné shodě v 88 %.

Po třech měsících jsme zhodnotili výsledek léčby pomocí GOS (Glasgow outcome score). Dva pacienti ukončili naše sledování s dobrým výsledkem (GOS 4), čtyři pacienti ukončili naše sledování se špatným výsledkem (GOS 2 a 3) (tab. 2).

Diskuze

V poslední době zaznamenáváme nárůst mnoha nových monitorovacích metod, které by měly zkvalitnit péči o intenzivně léčené pacienty po těžkém poranění mozku [10]. Neznamená to ale ústup široce používaných metod, jako měření ICP, CPP, invazivní měření krevního tlaku atd., ale jistý posun ke sledování metabolizmu mozku během časné posttraumatické fáze [11]. Jistou nevýhodou monitoringu metabolizmu mozkové tkáně je její prostorová ohraničenost. Měření hladin glukózy, pyruvátu a dalších metabolitů pomocí mikrodialýzy nám podává informace pouze o malé části tkáně [12]. Zdá se, že i měření CBF vykazuje obdobné prostorové limity. Velkým přínosem bylo, pokud se nám povedlo zavést čidla do tzv. penumbry, a reagovat tak na metabolické změny v této potenciálně zachranitelné tkáni [13]. Zachytit tuto oblast je ovšem poměrně obtížné. Zdá se, že tuto nevýhodu má i měření tkáňového kyslíku, i když některé práce popisují korelaci mezi změnami tkáňového kyslíku a globálními změnami v mozku [14]. Tento vztah jsme pozorovali i v naší sledované skupině, kdy změny PbtO₂ korelovaly se změnami ICP.

Hodnota arteriální tenze kyslíku ve fyziologickém pásmu neovlivňuje CBF, ale hypoxemie, případně v kombinaci s poklesem pH při nadprodukci laktátu v důsledku anaerobního metabolizmu je silným stimulem vedoucím k vazodilataci mozkových cév. Ke zvýšení CBF dochází při poklesu PaO₂ pod 6,7 kPa. Na druhé straně nepoměr mezi vysokou dodávkou kyslíku a jeho nižší potřebou (metabolickými požadavky) vede k situacím, kdy v oblastech s hyperemií a vysokým PaO₂ vzniká fenomén tzv. luxusní perfuze. Zvýšený objem krve může též vést k vzestupu ICP.

Na průtok krve mozkem mají kromě hypotenze a hypoxie vliv další systémové změny, jako hyperkapnie a hypokapnie. Hyper­kapnie za normálních okolností vede k dilataci mozkových kapilár, průtok krve a látková výměna narůstají. Per­meabilita cév zůstává nezměněna. V poškozené tkání se vlivem selhání autoregulačních procesů zvyšuje permeabilita cévní stěny a dochází k extra­vazaci tekutiny. Mozkový edém progreduje a to dále snižuje perfuzi mozku [15].

Naopak příliš nízká hodnota PaCO₂ (hypo­kapnie) může způsobit nechtěnou vazokonstrikci a pokles mozkové perfuze, zejména v nepostižených částech mozku. Snížený průtok krve způsobí ischemické poškození i těchto původně nepostižených oblastí [15].

Poslední výzkumy naznačují důležitost dalších laboratorních parametrů při hodnocení výsledku léčby [16]. Analýzou dat získaných ve studii IMPACT se zjistila významná korelace horšího výsledku léčby s příliš nízkou, ale i příliš vysokou hladinou sodíku, nízkou koncentrací hemoglobinu, nízkým pH a vysokou koncentrací pro­trombinu [16]. Z uvedených skutečností vyplývá důležitost udržování homeo­stázy a integrity organizmu v časné posttraumatické fázi.

Přímé měření průtoku krve mozkem využívající princip konduktivity mozkové tkáně by také mohlo být vnímáno jako metoda odrážející pouze lokální změny. Konduktivita mozkové tkáně je vlastnost determinovaná mnoha lokálními, ale i systémovými vlivy a je relativně konstantní i pro větší okrsek mozkové tkáně. Dle našich zjištění hodnoty CBF naměřené pomocí přístroje Hemedex korelovaly s jinými, již osvědčenými monitorovacími metodami. Tento vztah potvrdili před námi Steiner a Jaeger et al [17,18]. I když náš počet pacientů je nízký, vzhledem k množství zaznamenaných hodnot lze vysledovat poměrně jednoznačný vztah mezi hodnotami ICP, CPP, PbtO₂ a CBF.

Zatím jediným zjištěným negativem metody byla hluchá perioda během opakované kalibrace přístroje, kdy jsme neměli žádné informace o CBF. Tato perioda trvala přibližně 5 minut a opakovala se přibližně jednou za 1,5 hodiny. Analogická situace nastává při vysokých teplotách, kdy v rámci ochrany mozkové tkáně před rizikem termického poškození se přestává zahřívat proximální termistor čidla, a tudíž je měření znemožněno. K této situaci u nás vzhledem k rutinnímu používání mírné řízené hypotermie nedocházelo.

Závěr

Přínos přímého kontinuálního monitorování CBF metody spočívá ve získání ucelenějšího obrazu o změnách v traumatizované mozkové tkáni. Změny hodnot CBF korelovaly se změnami pozorovanými lokálně (PbtO₂) i globálně (ICP, CPP) až do výše kolem 90 %. Přímé kontinuální měření průtoku krve mozkem lze tudíž považovat za relativně spolehlivou metodu, kterou můžeme začlenit do rozšiřující se palety možností multimodálního monitoringu. Je to metoda hodnověrná a relevantně odrážející změny v homeostáze mozkové tkáně hlavně na lokální úrovni. Napomáhá zhodnocení stavu pacienta a v kombinaci s dalšími metodami urychlí výběr vhodné léčebné modality. Nicméně nedosahuje významu detekce vazospazmů u pacientů po subarachnoideálním krvácení pomocí monitorování PtiO₂ [19]. Na druhé straně u pacientů po těžkém KCP nenacházíme ekvivalent k výskytu vazospazmů po subarachnoi­deálním krvácení.

Důležitým atributem této metody je možnost přímého měření teploty mozku, což jsme v našem případě využili k přesnějšímu nastavení čidla sloužícího k měření tkáňového kyslíku a k regulaci mírné řízené hypotermie jako léčebné metody u některých pacientů po těžkém KCP v rámci terapie jinak nezvládnutelné intrakraniální hypertenze.

Jako mírné negativum této metody se jeví kalibrační periody, během kterých ­nedostáváme žádné informace o průtoku krve ve sledované oblasti. Z tohoto hlediska je nutné uvedenou metodu kombinovat s jinou monitorovací modalitou a tím vykrýt období, kdy CBF není možné sledovat.

MUDr. Andrej Mrlian, Ph.D.
Neurochirurgická klinika
LF MU a FN Brno
Jihlavská 20
625 00 Brno
e-mail: andrejmrlian@email.cz

Přijato k recenzi: 8. 12. 2009
Přijato do tisku: 28. 6. 2010