Невропротекция на перинаталния мозък чрез ранна информация за мозъчна оксигенация и модели на перфузия

Резюме:

Анормалните модели на церебрална перфузия/оксигенация са свързани с увреждане на невроните. При недоносени новородени хипоксемията, хипо-/хиперкапнията и липсата на церебрална авторегулация са свързани с периинтравентрикуларни кръвоизливи и увреждане на бялото вещество. Реперфузионното увреждане след перинатална хипоксична исхемия при доносени новородени изглежда е свързано с церебрална хипероксигенация. Тъй като биологичната тъкан е прозрачна за близката инфрачервена (NIR) светлина, NIR-спектроскопията (NIRS) е неинвазивен инструмент за наблюдение на мозъчната оксигенация и перфузия.

Церебралната перфузия се отнася до доставянето на кислород и хранителни вещества до мозъка през кръвоносните съдове за поддържане на нормалния метаболизъм на мозъчните клетки. Паметта се отнася до способността на човешките същества да съхраняват информация в мозъка след получаване на информация чрез сетивата и да могат да отразяват и извикват.

Церебралната перфузия е тясно свързана с паметта. Достатъчното количество кислород и хранителни вещества в кръвта може да стимулира нормалната работа на невроните, да увеличи скоростта на метаболизма на мозъка и да подобри паметта. Твърде много или твърде малко мозъчна перфузия ще постави мозъчните клетки в състояние на „гладуване“ или „пренасищане“, което ще повлияе на нормалния метаболизъм на мозъчните клетки и по този начин ще навреди на паметта.

Кликнете върху Know Ways toПодобрете паметта

Как да поддържаме адекватна церебрална перфузия? Първото нещо, което трябва да направите, е да поддържате добро здраве, да създадете здравословни хранителни и жизнени навици, да поддържате редовни упражнения и да спите достатъчно. Второ, поддържайте положително отношение, участвайте често в социални и културни дейности и поддържайте мозъка си активен и креативен. И накрая, поддържайте добро психическо състояние, избягвайте прекомерната тревожност или депресия и активно се справяйте със стреса и проблемите.

Взети заедно, поддържането на здравословна мозъчна перфузия е не само полезно за здравето на мозъка, но също така подобрява паметта и креативността. Нека отсега нататък да създадем здравословни навици на живот, да се отдадем активно на живота и работата и да станем здрави и енергични хора. Вижда се, че трябва да подобрим паметта си. Cistanche може да подобри паметта, тъй като Cistanche е традиционен китайски лекарствен материал с много уникални ефекти, един от които е да подобри паметта. Ефикасността на мляното месо идва от различни активни съставки, които съдържа, включително карбоксилна киселина, полизахариди, флавоноиди и др. Тези съставки могат да насърчат здравето на мозъка по различни канали.

Този преглед се фокусира върху ранна оценка и насочване на анормални модели на церебрална оксигенация/перфузия, за да се намали евентуално мозъчното увреждане. При доносените бебета ранните модели на мозъчна оксигенация помагат да се реши дали трябва да се обмисли или не терапия (хипотермия) и допълнителни терапии. Ще бъдат обсъдени по-нататъшни технически постижения, свързани с NIRS, като използването на (функционален) NIRS, позволяващ едновременна оценка и интегриране на сърдечната честота, честотата на дишане и мониторинг на церебралната авторегулация.

Ключови думи:

Мониторинг на церебралната оксигенация; близка инфрачервена спектроскопия; невропротекция; невромониторинг; церебрална перфузия; церебрална авторегулация.

1. Въведение
Намаляването и превенцията на перинаталното увреждане на мозъка се фокусира, наред с други мерки, главно върху намаляване на стреса (преждевременно родени новородени), умерена хипотермия (доносени новородени) и фармакологична (допълнителна) терапия [1–3]. Обаче анормалните модели на оксигенация и/или перфузия често предшестват увреждането на мозъка. Появата и разпространението на периинтравентрикуларни кръвоизливи (PIVH) при много и изключително недоносени бебета (родени съответно между 28-32 гестационна седмица и под 28 седмици), докато дълбоката и персистираща хипоксемия или хипероксемия често предшества увреждане на бялото вещество (WMI) в тази уязвима група новородени [4,5].

По същия начин, при доносени новородени, претърпели перинатална хипоксия-исхемия или асфиксия при раждане, (ранна) церебрална хипероксигенация, загуба на церебрална авторегулация и последващи нарушения на перфузията са свързани с допълнително увреждане на мозъка и неблагоприятен 2-годишен изход или дори смърт [6 –8]. Ранното идентифициране на грешни модели на церебрална оксигенация и/или перфузия следователно може да бъде важно за навременни коригиращи интервенции, ако е възможно, за предотвратяване или поне намаляване на увреждането на развиващия се мозък.

Биологичната тъкан е прозрачна за близката до инфрачервената светлина част от спектъра (700–1000 nm) и нейната последваща абсорбция от оксигениран и деоксигениран хемоглобин прави (с непрекъсната вълна) близката инфрачервена спектроскопия (NIRS) идеален принощен инструмент за неинвазивен мониторинг на значителни промени в оксигенацията и перфузията на развиващия се мозък [9–12]. Той измерва регионалната церебрална сатурация (rScO2) в смес от артериална, капилярна и венозна кръв (обикновено в съотношение съответно ~25~5~75%) в обсега на NIRS сензора, прикрепен към кожата на главата [9]. Обикновено се измерва зона с форма на банан между излъчващи и приемащи оптоди. Максималната дълбочина на проникване на близката инфрачервена светлина е между 2 и 3 cm, поне когато разстоянието на оптодите е най-малко 4 cm [13].

Очаква се, че и бялото, и сивото вещество са "инсонирани", поне при недоносени бебета. Това може да е по-малко лесно, когато се работи с доносени бебета. Оксигенацията на различните области на мозъка изглежда доста хомогенна и не се различава съществено, както беше изследвано от нас [14], което предполага, че едно разположение на сензора е надеждно за определяне на глобалния rScO2. Важно е да се посочи, че клинично използваните NIRS устройства наблюдават "тенденции" или промени в rScO2, а не абсолютни стойности. По-ранни проучвания показват, че прецизността на наличните в търговската мрежа устройства е около 5,2% (способност за измерване на същата стойност след многократни опити за измерване) [9,10,15]. Освен това, понякога има доста значителни разлики в показанията на rScO2 от различните налични устройства, базирани на различни основни допускания или алгоритми [10,16]. Въпреки това е широко прието, че „нормалните“ стойности на rScO2 при новородени са между 55–85% [17,18]. В няколко експериментални и клинични проучвания е доказано, че продължителните епизоди на стойности на rScO2 под 40–45% компрометират кислородния метаболизъм на развиващия се мозък и могат да причинят увреждане на невроните [19–22].

Въпреки резервите относно точността на определената от NIRS мозъчна оксигенация, ние смятаме, че „наблюдението на тенденцията“ на оксигенацията на незрелия мозък до леглото по този неинвазивен начин може да бъде от значение за клиничните грижи. Ранното разпознаване на (постоянни) анормални модели на стойностите на rScO2 и получената от NIRS церебрална кислородна екстракция може да отразява дерайлиране на церебралната оксигенация и перфузия [15,23,24] и енергичната и бърза корекция, ако е възможно, може да защити незрелия мозък.

В следващите раздели ще се съсредоточим върху възможните ползи от клиничните грижи за ранна оценка на сигнала за насищане с кислород, наблюдаван от NIRS (разпознаване на образи) при изключително недоносени бебета [15] и при доносени бебета, преживели перинатална хипоксия и исхемия [8] . Ще бъдат обсъдени накратко допълнителни усъвършенствания като интегриране с други параметри за мониторинг като сърдечна честота, дихателна честота и амплитудно интегрирана ЕЕГ (aEEG), както и ползите от интегрирането на NIRS сигнала с кръвното налягане за оценка (липса на ) церебрална авторегулация.

2. Механизми на мозъчно увреждане при недоносени бебета и церебрална оксигенация

При изключително недоносени новородени, PIVH е една от най-важните причини за неблагоприятни (моторни) резултати от развитието и смърт, която има честота до 45% в тази популация [25,26]. В повечето случаи кървенето е ограничено до зародишния матрикс или с допълнително умерено разширение в страничните мозъчни вентрикули (степен I и II, съответно, според класификацията на Papile [27]). Малцинство еволюира до по-големи PIVH, степен III (голямо количество кръв в церебралните вентрикули, които са разширени) или дори разширяване на кръвта в мозъчния паренхим около мозъчните вентрикули (степен IV или венозен инфаркт). Етиологията на PIVH е мултифакторна и PIVH, развити перинатално и/или удължени в рамките на 12 часа след раждането, изглежда силно свързани с провъзпалителни цитокини и образуване на оксидативни видове [28,29].

Повечето PIVH обаче се развиват и разширяват през първите 3 дни от живота или дори по-късно. Комбинацията от васкуларна незрялост в микроциркулацията на зародишния матрикс [30] и често значително повишение (и флуктуации) в мозъчната перфузия, дължащо се на индуцирано от респираторен дистрес синдром (IRDS) остро повишаване на pCO2 и/или хипоксия [31,32] , настройвайки мозъка за развитие на PIVH и тяхното разширяване до по-тежки стадии (т.е. степен III и IV) [28,33]. Важно в това отношение е, че интраваскуларният CO2 дифундира много бързо в периваскуларното пространство на церебралната резистентна васкулатура (противно на бикарбоната: кръвно-мозъчната бариера е относително непропусклива за бикарбонат [34]), където понижава периваскуларното рН, предизвиквайки остра вазодилатация [32]. Крехката авторегулаторна способност на мозъчното съдово легло при тези изключително незрели новородени е допълнително провокирана от вазодилатиращия ефект на хиперкарбията. Това може да доведе до пасивна мозъчна циркулация на кръвното налягане, допринасяща за колебания в церебралната перфузия, възможни епизоди на хипоксия по време на хипотония и удължаване на вече съществуващи кръвоизливи [35,36].

Може да е ясно, че превенцията или ранното разпознаване и намаляване на церебралната хипер(хипо-)перфузия/оксигенация и/или променлив модел на церебралния кръвен поток потенциално намаляват или дори предотвратяват появата и разширяването на PIVH. В това отношение е особено важно да се стремим към стабилно артериално ниво на въглероден диоксид в нормални граници (т.е. 35–50 mmHg). Мониторингът на модела на церебрална оксигенация с помощта на rScO2, определен от NIRS, възможно най-рано след раждането, за предпочитане вече на реанимационната маса, поне до постнаталния ден 4 при тези уязвими групи новородени може да предупреди клинициста в ранен момент за индуцирана от хиперкапния хипероксигенация/хиперперфузия [25,35] и хипоксия- или хипокапния-индуцирана при оксигенация/хиперперфузия [32] на незрелия мозък. Съвсем скорошно проучване на Tamura et al. [37] показват, че хиперкапнията в родилната зала е свързана с появата на всички степени на PIVH в голяма група от недоносени бебета.

Alderliesten et al. [35] showed supranormal rScO2 values [17] during 24 h preceding PIVH in a case–control study of 650 preterm infants below 32 gestational weeks. In the same study, it was shown that the combination of hyperoxygenation (hyperperfusion) and loss of autoregulation preceded the extension of PIVHs to a higher grade. It was also reported that inotropes were related to loss of cerebral autoregulation (defined as a moving correlation >0.5 между rScO2 и средното артериално налягане). Други потенциално по-прецизни математически модели за описание на наличието или отсъствието на церебрална авторегулация, като кохерентност и усилване на трансферната функция, се изследват интензивно по отношение на тяхното клинично значение [38], което ще бъде обсъдено по-подробно в друг раздел на тази статия. Последващо проучване на 15 и 24 месеца коригирана възраст на кохорта от 734 недоносени бебета показа връзка между ниските стойности на rScO2 и неблагоприятните резултати от неврологичното развитие на 2-годишна възраст [39]. Скорошно проспективно проучване при 185 изключително преждевременно родени новородени, използващо rScO2, наблюдаван от NIRS, показа, че продължителната церебрална десатурация е свързана с появата на всякаква степен на PIVH [40].

Така че ранната интервенция за бързо нормализиране на артериалния въглероден диоксид и церебралните нива на насищане с кислород и предотвратяване на големи колебания в церебралната перфузия поради липсата на авторегулаторна способност на мозъчното съдово русло (политика „отстраняване на ръцете“ и/или седация) вероятно ще понижават честотата на PIVH и нейната тежест [41]. Досега само едно проспективно рандомизирано интервенционно проучване, в което 166 недоносени бебета, родени след по-малко от 28 седмици церебрална оксигенация, са наблюдавани с NIRS (проучвателна група) или не (контролна група), целящи намаляване на епизодите на хипо- или хипероксия по време на първия 3 дни живот [42]. Съобщава се, че наблюдаваните бебета, за разлика от тези бебета, чиито монитори са били заслепени, намаляват тежестта на хипоксия и/или хипероксия и показват по-стабилно церебрално насищане с кислород, което е предимно в нормални граници (55–85%) [17]. Това намалява честотата на особено тежките PIVH (степен III и IV) [43].

Въпреки че честотата на кистозна перивентрикуларна левкомалация значително е намаляла в съвременните отделения за интензивно лечение на новородени, дифузно увреждане на бялото вещество (dWMI) се среща при около 50% от изключително и много преждевременно родени бебета според MRI изследвания [44,45]. Предполага се, че прекратеното съзряване на много уязвимите прекурсори на олигодендроцитите и спирането на миелинизацията са отговорни за DWI [46] и много важна причина за неоптимален изход от неврологичното развитие на тази група пациенти [47]. dWMI често е свързан с инфекция на майката и/или плода или фетална хипоксия, водеща до провъзпалителни цитокини и повишена активност на микроглията, нарушаващи развитието на олигодендроцитни прекурсори [48]. Въпреки това, постнаталните проблеми и по-специално хипоксията със или без исхемия също са тясно свързани с DWI. Сравнително важна роля постнатално играе острата хипокапния (и в по-малка степен хипероксия), водеща до мигновена вазоконстрикция на мозъчното съдово легло с последваща хипоперфузия и по този начин по-ниска доставка на кислород [5,32]. Особено необичайно ниските стойности на rScO2 при стабилно, но изкуствено вентилирано бебе са подозрителни за индуцирана от вентилация хипокапния, водеща до исхемично-хипоксично увреждане на незрелия мозък [49]. Комбинацията от наблюдавана чрез NIRS церебрална оксигенация, артериална кислородна сатурация и мониториране на CO2 в края на прилива, все по-често използвана в стандартните клинични грижи в отделенията за интензивно лечение на новородени, може да бъде силна превантивна политика срещу WMI, предизвикана от хипокапния.

Известно внимание също е оправдано в случай на дълготраен хемодинамично открит дуктус артериозус (hsPDA), особено в момента, когато очакваната политика за (хирургично) затваряне на канала става основна [50,51]. hsPDA води до дуктална кражба на кръв, първоначално предназначена за мозъка с потенциал при перфузия/оксигенация на развиващия се незрял мозък и може да не отговаря на метаболитните изисквания [52]. В проучване с относително голяма популация от бебета с hsPDA, открихме необичайно ниски стойности на rScO2, често под 45% (толкова много под долната граница на „нормалните“ стойности от 55% [17]). Съобщава се, че персистиращите стойности под 40–45% са свързани с увреждане на мозъка [19,53]. Ние наистина открихме връзка между ниската мозъчна оксигенация и продължителността на hsPDA от една страна и по-малък обем особено на малкия мозък, мозъчна област със забележително висок метаболизъм, от друга [53–55]. Това откритие потвърждава по-ранни проучвания, които съобщават за отрицателни ефекти на hsPDA върху растежа на малкия мозък при тези незрели новородени [22,56]. Това предполага, че дългогодишните hsPDA не винаги са толкова невинни, колкото се смяташе по-рано. В нашето NICU всички бебета с признаци на hsPDA церебрална оксигенация ще бъдат наблюдавани по причини, както е обяснено по-горе.

Дефиницията за "хипотония" на недоносеното, най-вече дефинирана като средно артериално налягане, по-ниско от гестационната възраст в седмици, отстъпва място на свръхтретирането с положителни инотропи. Няколко проучвания съобщават за липсата на признаци на дисфункция на органната система, метаболитна ацидоза или наблюдавана от NIRS недостатъчна оксигенация на мозъка по време на тези "хипотензивни" периоди [35,57]. Освен това, дългосрочният резултат от развитието не се различава в сравнение с бебета без хипотония [57, 58]. Понастоящем нашата политика към "хипотония" е очаквана, когато определената от NIRS оксигенация на мозъка е в нормални граници без признаци на системна недостатъчна перфузия или ацидоза.

Други проблеми, при които мозъчната оксигенация, наблюдавана с NIRS, може да помогне за предотвратяване на увреждане на незрелия мозък, са анемия и хипогликемия: съобщава се, че анемията със стойности на хемоглобина под 6 mmol/L засяга правилната оксигенация на недоносения мозък [59], докато дълбоката хипогликемия може се разпознават чрез спонтанно повишаващи се нива на мозъчна оксигенация поради изчерпване на глюкозата, което води до възпрепятстване на метаболизма и следователно използването на кислород [60].

3. Механизми на мозъчно увреждане на термина бебешка и церебрална оксигенация

Хипоксично-исхемичната енцефалопатия (HIE), дължаща се на перинатална асфиксия, е основна причина за неблагоприятни резултати от неврологичното развитие и неонатална смъртност [61]. Въпреки че увреждането на невроните възниква по време на действителния (предимно фетален) хипоксичен епизод(и) поради прекомерно образуване на възбуждащи невротрансмитери, дълбокият приток на калций в невронните клетки води до остро оксидативно увреждане на клетъчната мембрана, значителна част от индуцирания от асфиксия при раждане мозък нараняването настъпва през първите 48 до 96 часа от живота и може дори да продължи седмици и започва при реперфузия и реоксигенация при раждането [62]. Спектроскопията с фосфорен ядрено-магнитен резонанс показа, че през първите часове след реперфузия/реоксигенация при раждането церебралният оксидативен метаболизъм е нормален, но вторичната церебрална енергийна недостатъчност започва след 10 до 12 h възраст, което изглежда е максимално между 24 и 72 h възраст, което води до значително допълнително мозъчно увреждане [22,62].

Индуцираното от реоксигениране производство на свободни радикали, азотен моноксид и други токсични съединения води не само до остро увреждане на невронните клетки, но и до активиране на производството на провъзпалителни цитокини, което води до вторична церебрална енергийна недостатъчност и намаляване на трофичните фактори [63]. Това забавено увреждане, дължащо се на вторична енергийна недостатъчност, ни предоставя "терапевтичен" прозорец, в който може да се постигне намаляване на увреждането на мозъка чрез предотвратяване и/или отстраняване на свободните радикали и нитрозативния стрес, важни токсични вещества, допринасящи за вторична енергийна недостатъчност и съпътстващо мозъчно увреждане. Досега умерената хипотермия на тялото до 33,5 ◦C за 72 часа е единствената установена терапия, намаляваща реперфузионното увреждане след асфиксия при раждане. Понастоящем обаче се проучва допълнителна терапия с (комбинации от) фармакологични невропротективни съединения: изглежда много вероятно комбинацията от хипотермия с фармакологични съединения да допринася за по-нататъшно намаляване на мозъчните увреждания, свързани с асфиксия при раждане [63].

За оптимално намаляване или дори предотвратяване на индуцираното от асфиксия при раждане реоксигенация – реперфузионно увреждане на развиващия се мозък е от решаващо значение да се изберат бебета, които ще се възползват от постнаталното лечение. Този избор трябва да се направи възможно най-рано в този "терапевтичен" прозорец (предполагаем период през първите 6 часа от живота).

Abnormally high values of rScO2 (>80%) през първите 72 до 96 часа от живота при новородени с перинатална умерена и тежка асфиксия, вероятно показващи по-слабо използване на кислород поради вторична енергийна недостатъчност и продължаващо мозъчно увреждане, са свързани с неблагоприятен дългосрочен резултат от неврологичното развитие с висока прогностична стойност още на 3 часа от живота [8,64,65]. Следователно моделът на rScO2 може да бъде привлекателно неинвазивно средство за определяне дали (допълнителна) невропротективна терапия е необходима или не за намаляване на увреждането на мозъка: въпреки че все още не е правилно проучено, нормализиране на стойностите на rScO2 в нормални граници при (допълнителна на) терапията може да показва благоприятен ефект от лечението.

Тъй като техниките за невроизобразяване, като краниален ултразвук, понастоящем стандартно прилаган в клиничните грижи в отделението за интензивно лечение на новородени, и (усъвършенстван) ЯМР на неонаталния мозък се подобриха значително през последните години, перинаталният артериален исхемичен инсулт (PAIS) изглежда се появява по-често от преди докладвано и с честота най-малко при 1:2300 новородени вече не е рядко усложнение [66]. PAIS се проявява най-вече в първите дни след раждането с гърчове и може да доведе до церебрална пареза и когнитивни и двигателни увреждания [67,68]. Невропротективни/неврорегенеративни терапевтични възможности не са съществували доскоро и лечението е било ограничено предимно до антиепилептична терапия. Въпреки това, в наши дни се съобщава за потенциално полезни ранни невропротективни интервенционни стратегии като използването на невротрофични вещества като еритропоетин и мезенхимни стволови клетки за стимулиране на невро-регенерацията [69,70].

Невромониторингът, т.е. комбинацията от NIRS-мониторирана церебрална оксигенация и амплитудно-интегрирана енцефалография (ЕЕГ), има важна прогностична стойност при PAIS [71]. Освен това, ранният модел на rScO2 електрически фонов модел и цикъл на сън на aEEG вероятно е полезен при идентифицирането на новородени с PAIS, които могат да се възползват от невропротективни интервенции и за оценка на благоприятните ефекти от тези интервенции [71]. rScO2 е значително по-висок в засегнатата мозъчна половина в сравнение с контралатералната страна, което вероятно показва луксозна перфузия в засегнатата хемисфера [72,73]. Големината и продължителността на тази разлика са свързани с резултата от неврологичното развитие [71]. По същия начин времето за нормализиране на електрическия фон, получен от aEEG (продължително нормално напрежение) на засегнатата половина на мозъка е по-дълго в сравнение със здравата половина на мозъка. Времето до нормализиране на електрическия фонов модел на засегнатата страна също е свързано с резултатите от неврологичното развитие [71]. Възможно е невропротективните интервенции да съкратят продължителността на тези асиметрии, което показва терапевтичен ефект. Това предположение обаче предстои да бъде проучено.

Таблица 1 обобщава връзката между природата на преждевременните и придобитите в срок мозъчни увреждания, от една страна, и модела на церебрална оксигенация, от друга.

4. Бъдещи перспективи на мултимодалния мониторинг на мозъчната оксигенация: какво може да добави към неврозащитата на перинаталния мозък в клиничните условия?

Произведеното от NIRS наблюдение на модела на церебрална оксигенация при недоносено новородено и в по-малка степен също и при доносено новородено, има неоспорим невропротективен потенциал, както е показано по-горе. Въпреки това приложните изследвания на полученото от NIRS наблюдение на оксигенацията, церебралната перфузия и церебралната авторегулация напредват бързо с крайната цел подобряване на клиничните грижи.

В тази перспектива искаме да обсъдим две важни развития в перинаталните изследвания на NIRS, които скоро могат да доведат до клинично приложение: правилна оценка на регулацията на церебралната хемодинамика, която има за цел да свърже системните (хемодинамични и оксигенационни) променливи с NIRS сигнали; по-подробен анализ на получените от NIRS сигнали за интензитет за скок към други използваеми физиологични променливи и откриване на артефакти е прегледан в раздели 5 и 6 по-долу.

5. Оценка на регулацията на церебралната хемодинамика с помощта на NIRS сигнали

Що се отнася до регулирането на церебралната хемодинамика, трябва да се вземе предвид механизмът на церебралната васкуларна авторегулация (CVAR) или реактивността на потока налягане. Това свойство на мозъка има крайната цел да поддържа церебралния кръвен поток на постоянно ниво, независимо от системното кръвно налягане (BP) - но все още в ограничен диапазон от стойности на BP [74,75]. В случай на твърде ниско (или твърде високо) BP, механизмът CVAR, чрез артериолите, вече не може да регулира трансмуралното налягане и кръвният поток в мозъка съответно ще намалее или се увеличи [76] (вж. Фигура 1).

Доносените бебета имат функционална авторегулация и вазореактивност, но недоносените се раждат с недоразвита церебрална съдова система [74,77]. Ето защо изследването на CVAR става уместно, когато се вземе предвид факта, че (много) недоносените бебета са изложени на по-висок риск от хемодинамична нестабилност — и следователно, увреждане на мозъка — водещо до PIVH или увреждане на бялото вещество [78] като също посочено по-горе. Поради тази причина, онлайн оценката и наблюдението на оксигенацията на мозъчната тъкан, съчетано със състоянието на авторегулаторния механизъм, е от изключителна важност в предната линия за предотвратяване на мозъчно увреждане и допълнителни нарушения на неврологичното развитие [39,79].

Чрез непрекъсната оценка на връзката между BP и церебралния кръвен поток (CBF) е възможно да се оцени механизмът на CVAR [75]. Тъй като няма директен и неинвазивен начин за измерване на CBF и приемайки постоянна артериална сатурация с кислород (SaO2), NIRS сигналът може да се използва като заместител на промените в CBF, предоставяйки информация за насищането на мозъка с кислород (rScO2) [39,80,81]. Чрез наблюдение на сигнала rScO2 става възможно да се открият внезапни промени и в крайна сметка да се свържат с вариации в BP, като по този начин се идентифицира наличието или отсъствието на динамиката на авторегулацията и ни се предоставя възможността да се намесим, както вече беше предложено по-горе [74].

Първите стъпки в този анализ се фокусират върху етапа на предварителна обработка, включително филтриране на данните, отстраняване на артефакти и корекция на SaO2 [39]. След като тази стъпка бъде извършена, има два възможни основни подхода: анализ във времевата област или честотната област. Анализът във времевата област изчислява корелацията между BP и rScO2 за кратки непрекъснати сегменти, които след това могат да бъдат усреднени и разпределени според съответните стойности на BP, като по този начин има една корелационна стойност на "bin" от стойността на кръвното налягане [80,82–84] . Анализът на честотната област също изследва връзката между тези два сигнала, но с фокус върху специфични честотни ленти [39]. Това може да дойде като предимство, когато се вземе предвид, че CVAR може да бъде съставен от отговори с различни времеви лагове, следователно като се вземе предвид забавянето между промените в BP и rScO2 [39]. Един от тези методи се фокусира върху предавателната функция (TF), анализирайки спектралната плътност на мощността (PSD) на сигналите, което е представяне на присъствието на всяка различна честота в разглежданите сегменти. От това може да се оцени коефициентът на усилване на TF, което показва въздействието, което промяната във входния сигнал (BP) е имала върху изходния сигнал (rScO2), и следователно да се оцени дали CVAR наистина е налице или не [39,77] . Друг метод за анализ е кохерентността: тази функция измерва линейността на двата разглеждани сигнала (BP и rScO2) в честотната област, като показва дали има линейна връзка между входа и изхода на системата във фокуса [39,76, 77, 80, 84].

Във всички методи, описани по-горе, трябва да се вземе предвид дължината на епохите, разглеждани за анализ, тъй като по-кратките епохи могат да произведат по-шумни стойности - поради по-малкия брой подпрозорци в анализа - но епохите, които са твърде дълги, могат да показват наличието на повече нестационарни сегменти от тези по отношение на CVAR и, следователно, произвеждане на по-ниски стойности и възпрепятстване на резултатите [84]. Друг фактор от гледна точка на клиничните грижи е, че е важно да се има предвид, че тези методи изискват сигнали, които са непрекъснати и достатъчно стабилни, за да предоставят надеждни резултати [85].
Следователно ние трябва винаги да се стремим към стабилен механизъм CVAR, въпреки че все още липсва съгласие относно това кой е най-добрият метод за анализ, както и подходящ метод за онлайн наблюдение при леглото.
Въпреки методите, представени по-горе, все още липсва глобален консенсус, тъй като идеалната (онлайн) система трябва да бъде лесно възпроизводима, независимо от фокусираната популация и недоносената възраст. Текущото изследване на оценката на CVAR трябва също да се фокусира върху демонстрацията на световно приет инструмент или метод, който наблюдава CBF и rScO2, потвърждавайки връзката на промените в тези сигнали с резултатите от неврологичното развитие [76].
6. Сигнали за интензитет, получени от NIRS и значението на оценката на качеството на сигнала

С помощта на техниката NIRS може да се получи различна информация от интензитета на светлината, измерена от приемниците. Както беше посочено по-горе, церебралната оксигенация (rScO2) е най-честата информация, придобита при използване на NIRS в клинични приложения. Въпреки това, получените от NIRS сигнали за интензитет осигуряват, освен оценката на церебралната оксигенация, някои полезни допълнителни функционални и физиологични данни. Сигналите за интензитет могат да бъдат преобразувани в промени в концентрацията на кислородния хемоглобин (O2Hb) и деоксигенирания хемоглобин (HHb) [86], които могат да се използват за определяне на мозъчния хемодинамичен отговор в различни области на мозъка [86–88 ]. Сигналите за интензитет и концентрация съдържат известна физиологична информация, включително сърдечна пулсация, дишане и вазомоторно действие [89–92]. Фигура 2 показва пример за сигнали O2Hb и HHb, при които сърдечните удари се виждат видимо с приблизително 0.4- интервали от време, заедно с rScO2, измерен от устройството за церебрална оксиметрия Artinis (TOM, Artinis Medical Systems BV, Elst, Холандия).

6.1. Модел на сърдечен ритъм, получен от NIRS

Най-важната физиологична информация в NIRS сигналите са пулсиращите флуктуации, причинени от сърдечните удари, които ще бъдат обсъдени тук. Тази информация в сигналите на NIRS позволява извличане на сърдечната честота (HR). Няколко проучвания показват съвместимостта на HR, получена от NIRS, с HR, извлечена от електрокардиография и фотоплетизмография [93–95]. Освен това, HR, получен от NIRS, се оказа по-богат източник на информация от HR, получен от PPG или ЕКГ при физически и психически стресови състояния [92,94–96]. Извличането на HR от NIRS сигнали е много полезно при новородени, тъй като може да елиминира необходимостта от използване на допълнителни електроди за записване на тази информация [97]. Премахването на допълнителните електроди може да облекчи новородените от физически стрес, предизвикан от поставянето на електродите и потенциално да намали рисковете от нараняване [98].

Хемодинамичната информация за сърдечния ритъм и мозъчната хемодинамична информация в NIRS сигналите може да бъде обединена в различни приложения, където функциите на мозъка и сърцето са променени. Например, те могат да се комбинират за точна оценка на (физическия) стрес [92,94,97]. Освен това, извличането на информация за HR от NIRS може да намали неяснотата на модела на хемодинамичния отговор [96,99–101]. Извлечената HR информация може да се използва като известен физиологичен термин в част от модела, представящ различни физиологични компоненти в NIRS сигнала. Това може да подобри модела на хемодинамичния отговор и да подобри точността на оценката на мозъчния хемодинамичен отговор в клинични условия.

6.2. Оценка на качеството на сигнала

При NIRS техниките NIR светлината преминава през различни тъканни слоеве, включително интра- и екстракраниални слоеве, преди да удари мозъка. Някои фактори в екстракраниалния слой влияят директно върху оптичния път на предаваната светлина. Например, дебелината на скалпа, свойствата на кожата и наличието и цвета на косата могат да нарушат светлината, преминаваща през главата (102,1031. В резултат на това връзката между NIRS сензорите и скалпа е намалена и след това качеството на NIRS сигнала се влошава (104). Това може да доведе до погрешни интерпретации и последващи неверни констатации в анализите. Следователно оценката на качеството на сигналите на NIRS преди анализирането на сигналите е важна, което може да повиши надеждността на статистическия анализ и да намали погрешните интерпретации.

За да се оцени качеството на NIRS сигнала, наличието на силен сърдечен компонент често се използва като основен индикатор за надеждно свързване на сензора и скалпа [105–108]. Надеждното свързване на сензора и скалпа гарантира, че NIR светлината преминава през интра- и екстракраниалните слоеве. В резултат на това получената светлина (NIRS сигнали) съдържа мозъчна хемодинамична и физиологична информация от двата слоя. Следователно наличието на сърдечен ритъм, най-важната системна информация в NIRS сигналите, показва, че сензорите са били добре свързани към скалпа и че достатъчно светлина удря мозъка и се разсейва обратно към приемника. Това знание значително ще подобри надеждността на NIRS сигнала и следователно неговата клинична употреба.

7. Изводи

Широкомащабното използване на получено от NIRS наблюдение на церебралната оксигенация, базирано на навременно разпознаване на анормален модел на церебрална оксигенация, изглежда относително лесно средство за превенция и/или намаляване на мозъчните увреждания при много преждевременно родени новородени (т.е. PIVH и dWMI) и за в по-малка степен и в термина задушено новородено. Въпреки това е много важно прецизността на наблюдаваното от NIRS церебрално насищане с кислород да се повиши допълнително. Също толкова важно е разширеното изследване на NIRS сигналите за надеждно проследяване на CVAR и използването на NIRS сигнала (качество и разнообразие) за наблюдение на хемодинамичните функции, което допринася за по-информирано решение дали да се държи бебето или не в определен момент. Тези разработки могат допълнително да допринесат за предотвратяването на перинатално увреждане на мозъка. Международното сътрудничество и унифицираните дефиниции са важни за увеличаване на използването на NIRS като потенциална невропротективна стратегия.

Авторски принос:

Концептуализация: FVB; Писане - оригинална подготовка на проекта: FVB, FGC и NH; Писане - преглед и редактиране: FVB, FGC и NH; Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране:

Това изследване не получи външно финансиране.

Изявление на институционалния съвет за преглед:

Не е приложимо.

Изявление за информирано съгласие:

Не е приложимо.

Конфликти на интереси:

Авторите декларират липса на конфликт на интереси. Filipe Gonçalves Costa и Naser Hakimi са част от EU H2020 MSCA-ITN-2018: Интегриране на мерки за функционална оценка за неонатална защита (INFANS), финансиран от Европейската комисия по Споразумение за безвъзмездни средства #813483. Насер Хакими също е нает от Artinis Medical Systems BV, Elst, Холандия.

Препратки

1. ван Бел, Ф.; Vaese, J.; Groenedaal, F. Превенция, намаляване и възстановяване на мозъчно увреждане на недоносено бебе. Отпред. Physiol. 2019. [CrossRef]

2. Джейкъбс, SE; Берг, М.; Хънт, Р.; Tarnow-Mordi, WO; Индер, Т.Е.; Davis, PG Охлаждане за новородени с хипоксична исхемична енцефалопатия. База данни на Cochrane. Cochrane Database Syst. Rev. 2013, 1. [CrossRef]

3. ван Бел, Ф.; Groenendaal, F. Лекарства за невропротекция след асфиксия при раждане: Фармакологични добавки към хипотермия. Семин. Перинатол. 2016, 40, 152–159.

4. Пърлман, JM; McMenamin, JB; Volpe, JJ Променлива скорост на церебралния кръвен поток при респираторен дистрес синдром. Връзка с развитието на развитието на интравентрикуларен кръвоизлив. Н. англ. J. Med. 1983, 309, 204–209. [CrossRef]

5. Шанкаран, С.; Langer, JC; Kazzi, SN; Laptook, AR; Walsh, M. Кумулативен индекс на излагане на хипокарбия и хипероксия като рискови фактори за перивентрикуларна левкомалация при бебета с ниско тегло при раждане. Педиатрия 2006, 118, 1654–1659. [CrossRef]

6. Greisen, G. Церебрален кръвоток и оксигенация при кърмачета след асфиксия при раждане. Клинично полезна информация? Ранно хум. Dev. 2014, 90, 703–705. [CrossRef] [PubMed]

7. Howlett, JA; Нортингтън, FJ; Гилмор, ММ; Текес, А.; Huisman, TA; Parkinson, C.; Chung, SE; Jennings, JM; Jamrogowicz, JJ; Ларсън, AC; и др. Церебрална авторегулация и неврологично увреждане при неонатална хипоксично-исхемична енцефалопатия. Pediatric Res. 2013, 74, 525–535. [CrossRef] [PubMed]

8. Lemmers, PM; Zwanenburg, RJ; Бендърс, MJ; de Vries, JS; Groenendaal, F.; ван Бел, Ф.; Toet, M. Церебрална оксигенация и мозъчна активност след перинатална асфиксия: Променя ли хипотермията тяхната прогностична стойност? Pediatric Res. 2013, 74, 180–185. [CrossRef]

9. Ван Бел, Ф.; Lemmers, P.; Naulaers, G. Мониторинг на неонаталната регионална мозъчна сатурация с кислород в клиничната практика: Стойност и клопки. Неонатология 2008, 94, 237–244. [CrossRef]

10. Грайзен, Г.; Андресен, Б.; Plomgaard, AM; Hyttel-Sørensen, S. Церебрална оксиметрия при недоносени бебета: програма за изследване с ясна клинична цел. Neurophotonics 2016, 3, 31407. [CrossRef]

11. Сков, Л.; Pryds, O.; Greisen, G. Оценка на мозъчния кръвен поток при новородени: Сравнение на близка инфрачервена спектроскопия и клирънс на 133Xe. Pediatric Res. 1991, 30, 570–573. [CrossRef] [PubMed]

12. Alderliesten, T.; De Vis, JB; Lemmers, PM; Hendrikse, J.; Groenendaal, F.; Ван Бел, Ф.; Бендърс, MJ; Petersen, ET Оценка на кислородното насищане на мозъка при новородени с помощта на T2-подготвено кръвно изобразяване на кислородното насищане и близка инфрачервена спектроскопия. бр. J. Pharm. 2017, 37, 902–913. [CrossRef]

13. Greisen, G. Спазва ли обещанията си близката инфрачервена спектроскопия? Семин. Fetal Neonatal Med. 2006, 11, 498–502. [CrossRef] [PubMed]

14. Wijbenga, RG; Lemmers, PM; van Bel, F. Церебрална оксигенация през първите дни от живота при недоносени и родени новородени: Разлики между различните области на мозъка. Pediatr. Рез. 2011, 70, 389–394. [CrossRef] [PubMed]

15. Бел, В.; Mintzer, J. Мониторинг на церебралната оксигенация на незрелия мозък: невропротективна стратегия? Pediatr. Рез. 2018, 84, 159–164.

For more information:1950477648nn@gmail.com