Mikrodialýza v neurochirurgii

Súhrn

Mikrodialýza je nová invazivní monitorovací metoda využívaná v experimentálních i klinických studiích. Jejím principem je monitorování oxidativního metabolizmu glukózy s cílem včasného záchytu ischemie vyšetřované tkáně. Doposud byla aplikována v různých odvětvích medicíny, jako jsou neurochirurgie, intenzivní medicína, kardiochirurgie, plastická chirurgie, farmakologie apod. Právě však v neurochirurgii a neurointenzivní medicíně je mikrodialýza využívána absolutně nejvíce. Podáváme souhrn literárních dat i našich tříletých zkušeností s využitím mikrodialýzy v klinické praxi na neurochirurgii.

Klíčová slova:
mikrodialýza – neurointenzivní péče – monitoring – poranění mozku – sub­arachnoidální krvácení

Práce byla podpořena grantem IGA MZČR NR/8851‑4/2006.

Úvod

Mikrodialýza je nová invazivní monitorovací metoda, jejíž význam v klinické neurochirurgické praxi v posledních deseti letech roste. Přestože v literatuře stále dominují práce experimentální, v rámci neurointenzivní péče, převážně pak v oblasti monitorování neurotraumat a subarachnoidálních krvácení (SAK), se jeví její užití přínosné i v rámci klinické péče jako časný ukazatel rozvíjejícího se sekundárního poškození. V České republice je tento přístroj využíván ve třech centrech (Ústí nad Labem, Hradec Králové, Praha – Endokrinologický ústav). Právě v Ústí nad Labem používáme tuto metodu v neurointenzivní péči v klinické praxi od roku 2006, hlavně u pacientů s neurotraumaty. V následujících odstavcích popisujeme vývoj mikrodialýzy, její princip a možnosti využití v neurochirurgické problematice.

Historie mikrodialýzy v neurointenzivní péči

Historie mikrodialýzy je přibližně 40 let stará [1]. V 60. letech 20. století profesor Ungerstedt hledal způsob, jak vyšetřovat funkci centrálního nervového systému. Původním cílem bylo vyšetřování hladin neurotrasmiterů, jako např. dopaminu. Díky technologickým pokrokům v té době získal dutá vlákna. Ta měla napodobit princip kapiláry ve tkáni, aby bylo možno odebírat metabolity z extracelulárního prostoru a vyhodnocovat je. Vývoj běžel několik dalších desetiletí a mikrodialýza byla využívána převážně v laboratorních podmínkách. V 90. letech v Lundu ve Švédsku neurochirurgové pod vedením prof. Nordströma zaváděli do praxe tzv. Lundský koncept léčby traumatického poranění mozku, který je založen na základních principech fyziologie krevního objemu v intrakraniu a perfuze mozkové tkáně. V 90. letech byl tento nový koncept velmi revoluční. Jedním z požadavků jeho autorů bylo právě zajistit přímé monitorování mozkové tkáně k posouzení vlivu této terapie. Mikrodialýza nabízela ideální řešení. Od 90. let se proto začala využívat standardně v klinické praxi poprvé právě v Lundu v neurointenzivní péči u traumat mozku [2].

Princip mikrodialýzy

Základ mikrodialýzy tvoří katétr implantovaný do tkáně (mozek, podkožní tuk, transplantovaný kožní lalok, srdeční stěna apod.). Tyto katétry jsou tvořeny dvojitě dutými membránami. Do katétru je vháněna tekutina na bázi Ringerova roztoku. Zatímco v experimentálních aplikacích je roztok vháněn do katétru vnitřním lumen a vnějším se pak dostává zpět, v klinických aplikacích je tomu přesně obráceně. Katétry principiálně napodobují kapiláry v tkáni centrálního nervového systému (CNS). Přes vnější membránu katétru dochází k difuzi látek a metabolitů z extracelulárního prostředí CNS (obr. 1). Katétr tak do jisté míry odráží situaci tkáně v jeho nejbližším okolí. Jedná se tedy o lokální, nikoliv globální monitorovací metodu. Průměr katétru je 0,6 mm; jde o miniinvazivní techniku.

Roztok je do katétru vháněn standardní rychlosti 0,3 µl/min pomocí perfuzní pumpy. Při této rychlosti získáváme přibližně 70 % reálných koncentrací měřených metabolitů extracelulárního prostředí CNS. Nižší rychlost či delší katétr by zajistily vyšší zlomek reálných hodnot, nicméně by to bylo na úkor praktického využití mikrodialýzy. Naopak vyšší rychlosti se používají v případech, kdy chceme pozorovat rychlejší změny, např. během neurochirurgické operace či po podání léku. Roztok se pak vnitřním lumen dostává až na druhý konec duté membrány, která je zakončena jehlou s krytem. Do tohoto krytu se aplikují kónické mikroampulky (jehla propíchne při aplikaci jejich gumovou zátku). Ty se při standardní rychlosti 0,3 µl/min vyměňují jednou za hodinu, při vyšších rychlostech průplachu pak častěji. Každou hodinu je v mikroampulce 18 µl roztoku (jedná se o přibližnou hodnotu, ne vždy je množství stejné), který se následně vyšetřuje v analyzátoru, jenž se nachází u postele pacienta. Starší analyzátor CMA 600 má tvar věže na kolečkách, nový analyzátor ISCUS flex je přenosný (obr. 2). Běžně užívané katétry mají tzv. hodnotu „cut‑off“ 20 kDa. Nelze jimi hodnotit metabolity s vyšší molekulární hmotností. Pro tyto případy jsou k dispozici katétry s hodnotou 100 kDa.

Základní ukazatele mikrodialýzy a jejich význam v diagnóze sekundárního postižení mozku – ischemie

Základních pět metabolitů, které se vyšetřují pomocí mikrodialýzy, jsou: glukóza, laktát, pyruvát, glycerol a glutamát. Existují standardní komerční sety, které umožní vyšetření právě těchto látek. Glukóza jako základní a jediný zdroj energie pro mozkovou tkáň. Pyruvát jakožto intermitentní metabolit glukózy. V případě fyziologicky probíhajícího energetického metabolizmu (za aerobních podmínek) je pyruvát zavzat do mitochondrií a zde zpracován v Krebsově cyklu s čistým ziskem 36 molekul ATP. V případě ischemie se však glukóza a pyruvát zpracovávají v anaerobní části energetického metabolizmu glukózy a pyruvát se mění na laktát. Významnou hodnotou je tedy poměr mezi laktátem a pyruvátem (LP poměr). Zatímco vysoká hodnota laktátu může znamenat probíhající hypermetabolizmus, vysoký poměr mezi laktátem a pyruvátem indikuje probíhající ischemii. V případě závažné ischemie se také nedostává energie iontovým kanálům buněčných membrán, které udržují fyziologické množství intracelulární koncentrace vápníku. Jeho vysoké hodnoty v buňce tak vedou k aktivaci fosfolipáz, které degradují buněčné membrány. Z nich se vyplavuje glycerol jakožto základní stavební kámen fosfolipidů. Glutamát, excitační neurotransmiter, se vyplavuje z neuronů v průběhu ischemie a je jedním ze spouštěcích mechanizmů vtoku kalcia do buněk. Jeho elevace je tedy nepřímou známkou poškození buněk.

Zajímavý je jistě i způsob, jak byly získány fyziologické hodnoty těchto základních metabolitů v mozku. Byly naměřeny u devíti neurochirurgických pacientů v Lundu koncem 90. let 20. století. Tito pacienti byli operováni pro benigní nádor v zadní jámě lební; zároveň bylo vyloučeno jakékoliv patologické ložisko supratentoriálně. Všichni pacienti měli normální intrakraniální tlak. Na operačním sále byl nejdříve implantován katétr mikrodialýzy do kůry frontálního laloku (považováno za normální tkáň) a následně provedena operace tumoru v zadní jámě lební. Katétr mikrodialýzy byl ponechán i v rámci postoperačního období po několik dnů [3].

Klinické využití mikrodialýzy v neurochirurgii

První písemné sdělení na téma mikrodia­lýza vyšlo v roce 1974 [1] a od té doby bylo napsáno přes 12 tis. publikací, jak experimentálních, které stále dominují, tak i klinických. V rámci klinických aplikací je nejčastěji užívána v neurointenzivní péči. Možnosti mikrodialýzy jsou poměrně velké, nicméně v neurochirurgii (resp. neurointenzivní péči) se nejvíce užívá u pacientů se subarachnoidálním krvácením a těžkým traumatickým poraněním mozku. U ostatních diagnóz je pak její využití hlavně na úrovni experimentu.

Využití mikrodialýzy u pacientů se subarachnoidálním krvácením

Využití mikrodialýzy u pacientů se SAK spočívá v časné diagnóze pozdního neurologického deficitu (Delayed Ischemic Neurological Deficit, DIND), nejčastěji na podkladě vazospazmů. Dle konsenzu z roku 2004 je doporučeno aplikovat katétr mikrodialýzy do povodí mateřské tepny aneuryzmatu, tedy oblasti s nejvyšším rizikem rozvoje vazospazmů [4,5]. Skjøth-Rasmussen et al sledovali u 42 pacientů se SAK parametry mikrodialýzy (LP poměr, poměr mezi laktátem a glukózou – LG poměr, koncentrace glycerolu). Za indikátory ischemie mozkové byly považovány elevace LP poměru a LG poměru o 20 % následované zvýšením koncentrace glycerolu o více než 20 % v průběhu 24 hod. U 17 pacientů z 18 s rozvojem DIND zjistili, že došlo k elevaci LP a LG poměru více než 20 hod a k elevaci koncentrace glycerolu 7 hod před rozvojem klinických změn.  Unterberg et al porovnávali specificitu mikrodialýzy, transkraniální dopplerometrie (TCD) a digitální substrakční angiografie (DSA) v diagnostice DIND. Jako definici sekundární neurologické deteriorace dle mikrodialýzy považovali hodnoty laktátu nad 4 mM a glutamátu nad 3 µM po dobu nejméně 6 hod. Specificita rozvoje DIND dle mikrodialýzy je 89 % a senzitivita 82 % [6].Ve své studii ukazují, že mikrodialýza má nejvyšší pozitivní prediktivní hodnotu pro rozvoj DIND u pacientů se SAK při ruptuře aneuryzmatu [7]. Časný záchyt rozvíjející se ischemie na podkladě vazospazmů může vést k indikaci intenzivní tzv. 3H terapie či endovaskulární intervence (intraarteriální aplikace nimodipinu, intrakraniální perkutánní balónková angioplastika). Interpretace ukazatelů mikrodialýzy u rozvoje vazospazmů je jednodušší v porovnání s problematikou traumatu mozku. Právě díky jednotné patofyziologii ischemie mozku na podkladě vazospazmů má mikrodialýza dobré šance většího rozvoje v běžné klinické praxi u pacientů s diagnózou SAK.

Další podskupinou subarachnoidálních krvácení, kde se zdá smysluplné implantovat mikrodialýzu, jsou pacienti s objemným intracerebrálním hematomem při ruptuře aneuryzmatu, nejčastěji pak v oblasti bifurkace arteria cerebri media. I po evakuaci hematomu je temporální lalok často edematózní. Tito pacienti jsou ohroženi ischemií často celé hemisféry díky kombinaci vazospazmů a progredujícího edému (obr. 3). V následujících dnech tak může dojít ke „střetu“ léčby vazospazmů s terapií intrakraniální hypertenze. Léčba vazospazmů spočívá v medikamentózně navozené hypertenzi a hypervolemii, avšak nadměrná elevace perfuzního tlaku může vést ke zhoršení edému. Pomocí monitoringu mozku pak můžeme léčbu lépe titrovat.

Navíc mikrodialýza nabízí i možnosti identifikace dalších markerů, které lze v současnosti brát za čistě experimentální. Skupina z Heidelbergu mající velké zkušenosti s užitím mikrodialýzy u pacientů se SAK zjistila, že u pacientů s rozvojem DIND dojde k elevaci různých izoforem glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenázy (GAPDH) a poklesu heat-shock cognate 71 kDa proteinu (HSP7C) v porovnání s pacienty bez DIND. Tyto změny přitom byly zaznamenány téměř čtyři dny před rozvojem DIND [8]. Tyto informace by v budoucnosti mohly pomoci při selekci pacientů k časné agresivní terapii vazospazmů, a tím zlepšit výsledky léčby.

Využití mikrodialýzy u pacientů s traumatickým poraněním mozku

Další významnou oblastí využití mikrodialýzy je neurotraumatologie [9]. Problematika interpretace hodnot tkáňového metabolizmu v neurointenzivní péči u kraniotraumat je poněkud obtížnější. Důležitá je opět lokalizace aplikovaného katétru mikrodialýzy. U fokálních traumat (kontuze) se dle mezinárodního konsenzu doporučuje aplikovat katétr mikrodialýzy do oblasti poblíž tohoto ložiska, do oblasti tzv. bio­chemické penumbry [10]. U pacientů s difuzním edémem mozku se pak doporučuje implantovat čidlo do pravého frontálního laloku [4]. Základním přínosem této metody by měla být časná informace o rozvíjejícím se sekundárním traumatu mozku, která by předcházela elevaci intrakraniálního tlaku (ICP). Získali bychom tak delší „terapeutické okno“. Dle dosavadních literárních dat je nejvýznamnějším ukazatelem poměr laktátu a pyruvátu (LP poměr). Belli et al zjistili, že patologická elevace LP poměru (nad 25) v 89% předpověděla elevaci intrakraniálního tlaku nad 20 mmHg [11]. Adamides et al ve studii na 14 pacientech s těžkým poraněním mozku s monitorováním ICP a tkáňového metabolizmu zjistili, že elevace hodnot tkáňového laktátu, poměru laktát/pyruvát a glycerolu o více než 2 hod předcházely elevacím ICP [12].

Od roku 2006 máme zkušenosti s aplikací mikrodialýzy u 37 pacientů s neurotraumatem. Věkový rozptyl činil od 15 do 68 let, nejčastěji v rozmezí od 50 do 60 let. V našem souboru bylo 31 mužů a 6 žen. Dominují pacienti s kontuzemi mozku. Spolu s mikrodialýzou používáme i čidlo ke sledování tkáňové oxymetrie (Licox^®, Integra Neurosciences, Plainsboro, NJ, USA) a toku krve mozkem (Hemedex^®, Anspach Companies, Gloucester, MA, USA – graf 1). Čidla aplikujeme převážně pomocí trojcestného šroubu, který zajišťuje dobrou fixaci katétrů a eliminuje riziko extrakce. Nevýhodou je pak náročnější cílení hrotu čidla při aplikaci. Čidla mikrodialýzy implantujeme do oblasti „bio­chemické penumbry“. Rizikem je aplikace čidla do takové tkáně, která již není viabilní, tedy například hematomu či prokrvácené kontuze, což se v našem souboru stalo jednou. U 11 pacientů jsme provedli implantaci čidel mikrodialýzy a tkáňové oxymetrie do obou hemisfér, tedy jednu sérii čidel do oblasti penumbry a druhou do kontralaterální („zdravé“) hemisféry. Cílem bylo získání „globálního“ pohledu na mozkovou tkáň a zároveň vyvarování se nepodložených terapeutických kroků při monitoringu jen jednoho malého okrsku mozkové tkáně. V oblasti penumbry jsme citlivěji detekovali průběh poranění mozku, zatímco v kontralaterální („zdravé“) hemisféře byl průběh často bez jakýchkoliv změn (obr. 4). V oblasti penumbry pozorujeme často vyšší hodnoty LP poměru, glycerolu a nižší hodnoty glukózy v porovnání s fyziologickými hodnotami. Proto se řídíme nejen absolutními hodnotami, ale především trendy ve vývoji tkáňových metabolitů [4]. Vzhledem k našim výsledkům u těchto 11 pacientů považujeme za zásadní monitoring právě v oblasti penumbry, zatímco monitoring „zdravé“ hemisféry za spíše doplňkový.

V neurotraumatologii by měla mikrodialýza sloužit jako časné varování sekundárního poškození mozku před rozvojem intrakraniální hypertenze. Tím může zajistit prodloužení terapeutického okna. V naší databázi jsme měli pouze dva pacienty, u kterých elevace LP poměru předcházela rozvoji intrakraniální hypertenze (obr. 5). Přitom jsme pozorovali, že hodnoty glycerolu a glukózy se významně měnily až spolu s elevací intrakraniálního tlaku [13]. LP poměr je tedy i dle našich zkušeností tím ukazatelem, který může v ně­kte­rých případech s předstihem varovat před rozvojem intrakraniální hypertenze. Je však nutno říci, že v oblasti neurotraumatologie je vzhledem ke složitější patofyziologii v porovnání s vazospazmy u SAK někdy obtížné interpretovat hodnoty mikrodialýzy a podle nich vést jednoznačně další léčbu. V neurotraumatologii je dle našich zkušeností jednodušší a klinicky praktičtější využití tkáňové oxymetrie, podle které lze často lépe terapeuticky zasáhnout. Rostoucí význam této metody je patrný i v rámci ČR [14,15]. Nicméně naše schopnost interpretace hodnot tkáňového metabolizmu, a tedy i možnosti intervence při monitorování mozku mikrodialýzou, se s narůstajícími zkušenostmi zlepšují.

Jiné diagnózy v neurochirurgii a mikrodialýza

Mikrodialýza byla použita i u jiných neurochirurgických diagnóz, nicméně ve významně menším měřítku. U těchto diagnóz se objevují pouze ojedinělé studie publikované v literatuře [16–22].

Mikrodialýza v neuroonkologii se využívá např. k posouzení farmakokinetiky chemoterapeutik v adjuvantní terapii u maligních gliomů. Blakeley et al hodnotili distribuci metotrexátu u pacientů operovaných pro recidivu vysokostupňového gliomu. Zjistili, že hodnota metotrexátu byla významně vyšší v postkontrastně barvící se oblasti tumoru v porovnání s nebarvící se okolní tkání. V obou oblastech však byla dostatečně vysoká koncentrace metotrexátu k zajištění dávky LD50 [16]. Pomocí mikrodialýzy lze hodnotit vliv radioterapie na metabolizmus vysokostupňových gliomů. Hodnoty glukózy, glutamátu a LP poměru byly významně vyšší v tumoru v porovnání s okolní mozkovou tkání. V průběhu pěti dnů aktinoterapie nedošlo přitom k žádným významným změnám jakéhokoli z monitorovaných parametrů [17]. Mikrodialýza byla také použita k hodnocení koncentrace p‑boronfenylalaninu (BPA) v nádoru, okolním mozku a normální mozkové tkáni během boronové terapie [18]. Přesto však většina prací týkající se problematiky mikrodialýzy v neuroonkologii je na úrovni laboratorních experimentů [19].

Jednou z diagnóz, která byla studována pomocí mikrodialýzy, je spontánní intracerebrální krvácení, resp. tkáň v okolí intracerebrálního hematomu. Miller et al po odsátí intracerebrálního hematomu implantovali katétr mikrodialýzy do přilehlé tkáně. Zjistili zvýšené hodnoty glutamátu a normální hodnoty LP poměru v okolní tkáni. Potvrdili tak výsledky jiných studií, které ukazují, že intracerebrální hematomy nejsou obklopeny tkání se známkami ischemické penumbry, ale spíše oblast hyperexcitační aktivity [20].

Jedna skupina autorů se zabývá užitím mikrodialýzy u pacientů vyšetřovaných pro normotenzní hydrocefalus (NPH) [21,22]. Použili mikrodialýzu spolu s tkáňovou oxymetrií v průběhu lumbálního infuzního testu. Během infuze pozorovali elevaci ICP k hodnotám 35–45 mmHg. Tyto hodnoty byly provázeny reverzibilním, avšak statisticky významným poklesem koncen­trací glukózy, laktátu a pyruvátu. Nedošlo přitom ke změně LP poměru či koncen­trace glutamátu. Nebyly tedy pozorovány známky ischemie tkáně. Také hodnoty tkáňové oxymetrie byly po dobu infuze v normě, poklesly pak v průběhu drenáže mozkomíšního moku. Časté elevace ICP mohou dle autorů vést k poruše funkce axonů a následným projevům NPH.

Závěr

Mikrodialýza v neurochirurgii nabízí nové možnosti přímé diagnostiky poškození CNS. V současnosti je využívána především v neurovaskulární a neurotraumatologické problematice. V těchto oblastech se již dnes nejedná jen o experimentální práce, ale v řadě center s mnohaletými zkušenostmi s mikrodialýzou je již využívána v běžné klinické praxi. V ostatních oblastech neurochirurgie je její uplatnění dosud převážně experimentální.

Seznam použitých zkratek

MUDr. Aleš Hejčl
Neurochirurgická klinika
Masarykova nemocnice a UJEP v Ústí nad Labem
Sociální péče 12A
401 13 Ústí nad Labem-Bukov
e-mail: ales.hejcl@mnul.cz

Přijato k recenzi: 9. 7. 2009
Přijato do tisku: 21. 8. 2009