Verwandte Tests
Methoden zur Messung der zerebralen Autoregulation
Beurteilung der Druckautoregulation erfolgte traditionell durch Berechnung des zerebralen Blutflusses bei zwei verschiedenen Gleichgewichtszuständen des arteriellen Blutdrucks. Diese stationären Zustände entsprechen bestimmten zerebralen Blutflusswerten. Eine Druckmessung könnte zu Studienbeginn durchgeführt und die zweite nach manueller oder pharmakologischer Manipulation des Blutdrucks gemessen werden. Da dieser Ansatz stabile Drücke und Durchflüsse beinhaltet, wird er als statische autoregulatorische Messung bezeichnet.
Das Aufkommen des transkraniellen Doppler-Ultraschalls (TCD) ermöglichte die Visualisierung von Echtzeit-Blutflussgeschwindigkeiten (mit einer zeitlichen Auflösung von ungefähr 5 ms) und ebnete den Weg für dynamische Bewertungen der Autoregulation. Dynamische Autoregulation bezieht sich auf kurzfristige, schnelle Reaktionen des Blutflusses des Gehirns auf Änderungen des systemischen Drucks. Da TCD den Fluss nicht direkt messen kann, ist die Blutflussgeschwindigkeit als Ersatz nützlich. Druckänderungen sind durch Reize wie Körperneigung, Freisetzung der Oberschenkelmanschette oder Unterkörperunterdruck induzierbar.
Während die Kontrolle des genauen Zeitpunkts und der Größe des hämodynamischen Stimulus einen Präzisionsvorteil bietet, sind Druckmanipulationen bei kritisch kranken Patienten potenziell schädlich. Zum Beispiel kann eine Oberschenkelmanschetten-Inflations-Deflationssequenz einen steilen Druckabfall von bis zu 25 bis 35 mmHg auslösen. Bei einem Patienten mit einem ischämischen Schlaganfall könnte dieser Abfall eine sekundäre Hirnverletzung durch signifikante Hypoperfusion verursachen, insbesondere in einer Umgebung, in der die autoregulatorische Physiologie in erster Linie beeinträchtigt wird. Alternativ kann man intrakranielle Gefäße ohne besondere Blutdruckherausforderungen insonieren und messen Sie die CBF-Reaktion auf spontane arterielle Blutdruckschwankungen. Dieser Ansatz macht dynamische Bewertungen der zerebralen Autoregulation sicher und machbar für Patienten mit akuter Hirnverletzung. Die dynamische Reaktion tritt wahrscheinlich innerhalb von 10 bis 15 Sekunden auf, was darauf hindeutet, dass Arteriolen langsameren Schwankungen des systemischen Blutdrucks entgegenwirken können. Schnellere Änderungen, wie sie größer als 0,5 Hz sind, werden nicht kompensiert – beispielsweise solche, die bei jeder Herzsystole auftreten. Diese selektive Kompensation wird als Hochpassfilterprinzip bezeichnet. Das zerebrovaskuläre System puffert dementsprechend gegen langsame hämodynamische Oszillationen (0,01 bis 0.4 Hz), während höhere Frequenzen ungefiltert in den Gehirnkreislauf gelangen können.
Zusätzlich zur Blutflussgeschwindigkeit sind andere intrakranielle Signale häufig nützlich bei der dynamischen vasoregulatorischen Untersuchung. Beispiele hierfür sind die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die lokale Sauerstoffversorgung des Hirngewebes (PbtO2) und die Überwachung des intrakraniellen Drucks (ICP) aus Abflusssystemen für Zerebrospinalflüssigkeit (CSF). Das Grundprinzip dieser dynamischen Messungen ist bei allen Methoden gleich – das Eingangssignal ist Blutdruck oder Volumenänderung. Die resultierende Änderung im intrakraniellen Kompartiment wirkt als Ausgangssignal. Unter Verwendung spontaner Schwankungen des Blutdrucks und des zerebralen Blutflusses haben Forscher mehrere mathematische Methoden zur Modellierung autoregulatorischer Indizes entwickelt. In diesem kurzen Überblick, Besonderes Augenmerk wird auf die Transferfunktionsanalyse und den Zeitkorrelationsansatz gelegt, mit anschließenden Nicken zur Wavelet-Analyse und Projektion und Regression.
Transferfunktionsanalyse
Die Transferfunktionsanalyse (TFA) basiert auf linearer, stationärer Modellierung und einem schnellen Fourier-Transformationsalgorithmus zur Berechnung spektraler Schätzungen des Blutdrucks und des zerebralen Blutflusses. Die Autoregulation dämpft bei ordnungsgemäßer Funktion den Einfluss des Blutdrucks auf die Blutflussgeschwindigkeit des Gehirns, indem sie die direkte Ausbreitung der Druckwellenform bei niedrigeren Frequenzen (normalerweise unter 0,2 Hz) verhindert. Zwei Schlüsselparameter – Verstärkung und Phasenverschiebung – können von TFA bei jeder Frequenz abgeleitet werden. Die Verstärkung spiegelt die Kompression der Amplitudenänderungen der Gehirnblutflussgeschwindigkeit als Reaktion auf den Blutdruck wider. Beispielsweise bedeutet eine Verstärkung von 0,65, dass 65% der relativen Amplitude der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit in Bezug auf eine Einheit der Änderung des arteriellen Blutdrucks abgeschwächt wird. Die Phasenverschiebung quantifiziert die Zeitverzögerung zwischen Blutdruck und Gehirnflussgeschwindigkeit bei einer bestimmten Frequenz und wird in Grad oder Bogenmaß dargestellt. Größere Phasenverschiebungen zwischen den beiden Signalen bedeuten, dass die Autoregulation den zerebrovaskulären Baum vor Blutdruckänderungen richtig puffert. Bemerkenswert ist, dass TFA nur lineare Beziehungen zwischen arteriellem Blutdruck und mittlerer Flussgeschwindigkeit rationalisieren kann, weshalb Kohärenz normalerweise mit TFA einhergeht, um die Linearität zwischen den beiden Wellenformen zu testen. Im Allgemeinen wird eine Kohärenz über 0,5 als akzeptabel für TFA angesehen. In Bezug auf Frequenzbänder werden Werte für Verstärkung, Phasenverschiebung und Kohärenz in drei Bereichen angegeben: sehr niedrige (0,02 bis 0,07 Hz), niedrige (0,07 bis 0,2 Hz) und hohe (0,2 bis 0,5 Hz) Bereiche. Das Hochpassfilterprinzip der Autoregulation führt zu einer Verringerung der Kohärenz und Verstärkung mit zunehmender Phasenverschiebung. Diese Modulationen führen zu einer relativen Desynchronisation zwischen Blutdruck und zerebralen Blutflussschwingungen. Da die vasomotorische Anpassung langsam ist und etwa 10 bis 15 Sekunden dauert, funktioniert die Autoregulation höchstwahrscheinlich bei niedrigeren Frequenzen.
Zeitbereichsanalyse
Diese Methode misst den Grad der Korrelation zwischen Blutdruck und verschiedenen zerebralen Ausgangssignalen. Ein rollierender Pearson-Korrelationskoeffizient wird zwischen 30 aufeinanderfolgenden, zeitlich gemittelten (10 Sekunden) Werten des arteriellen Blutdrucks und des zerebralen Blutflusses (oder seiner Surrogate) berechnet. Der resultierende Koeffizient liefert eine Schätzung der autoregulatorischen Funktion für jede Variable. Der Koeffizient für die mittlere zerebrale Blutflussgeschwindigkeit ist Mx, während der Gewebeoxygenierungsindex (TOx) von NIRS abgeleitet wird. Alles in allem gibt es über 20 Indizes der zerebralen Autoregulation, die offensichtliche Vor- und Nachteile für die Autoregulationsforschung haben. Der vielleicht am gründlichsten untersuchte Index ist der Druckreaktivitätsindex (PRx), der von ICP anstelle der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit oder Gewebeoxygenierung abgeleitet wird. Der zerebrale Perfusionsdruck (CPP = MAP – ICP) kann auch den arteriellen Blutdruck ersetzen. Jeder Index enthält einen eindeutigen Schwellenwert für eine beeinträchtigte Autoregulation mit einem Bereich von 0,069 bis 0,46, abhängig von Geräten zur Messung des zerebralen Blutflusses oder einem Ersatz davon. In allen Fällen spiegelt ein positiver Korrelationskoeffizient die Synchronität zwischen den beiden Signalen wider, was auf eine gestörte zerebrale Autoregulation hindeutet, wobei sich der systemische Druck passiv auf das zerebrale Gefäßsystem ausbreitet. In der Zwischenzeit impliziert ein negativer oder nahe Null liegender Koeffizient eine aktive Pufferung des zerebralen Gefäßsystems gegen Blutdruckänderungen und somit eine intakte autoregulatorische Physiologie.
Wavelet-Analyse
Dieser Ansatz, auch bekannt als multimodale Druck-Fluss-Analyse, stellt eine Alternative zu den klassischen Spektralanalysen, wie z.B. der schnellen Fourier-Transformation, dar und berücksichtigt sowohl den Zeit- als auch den Frequenzgehalt des Signals. Die Wavelet-Analyse erzeugt Karten der Phasenverschiebung und Kohärenz zwischen Blutdruck und zerebraler Blutflussgeschwindigkeit über einen Bereich von Frequenzen und Zeitpunkten. Das Erzwingen einer minimalen Kohärenzschwelle und das Fokussieren der Analyse auf Bereiche in der Zeit-Frequenz-Karte mit einem hohen Korrelationsgrad erhöht die Zuverlässigkeit der Phasenverschiebungsschätzung. Die Signalzerlegung mit Wavelet-Analyse wurde auch auf die Gewebeoxygenierung unter Verwendung von NIRS angewendet.
Projection Pursuit Regression
Projection Pursuit Regression (PPR) ist eine nichtparametrische Methode, bei der ein Modell nicht a priori spezifiziert wird, sondern direkt aus den interessierenden Variablen (d. h. aus arteriellem Druck und zerebralem Blutfluss) abgeleitet wird. Die Analyse modifiziert eine lineare Übertragungsfunktion zwischen Eingang (Blutdruck) und Ausgang (Gehirnblutfluss). Eine lineare autoregressive Übertragungsfunktion wird durch Kernelfunktionen, auch Ridge-Funktionen genannt, geleitet, die durch Minimieren des mittleren quadratischen Fehlers bestimmt werden. Das Verfahren charakterisiert den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Druck und Strömung und identifiziert Bereiche, in denen sich dieser Zusammenhang ändert. Die Verstärkung (d. h. Die Steigung) der Druck-Durchfluss-Beziehung innerhalb jeder Region liefert ein Maß für die Wirksamkeit der Autoregulation innerhalb dieser Region. Eine interessante Studie von Santos et al. aus dem Jahr 2016. verwendete PPR, um zu zeigen, dass Patienten mit verzögerter zerebraler Ischämie (DCI) nach Subarachnoidalblutung hatten ausgeprägte hämodynamische Profile in Bezug auf diejenigen, die nicht an DCI litten. Die Autoren beriefen sich dann auf zuvor gefundene pharmakologische Effekte auf PPR-abgeleitete Autoregulationsparameter. Nach der Kombination ihrer Ergebnisse mit diesen Parametern argumentierte das Forschungsteam, dass myogene Dysfunktion zu Vasospasmus führt, während sympathische Überaktion und cholinerge Dysfunktion zu DCI führen, während Defizite in allen drei pathophysiologischen Mechanismen sowohl Vasospasmus als auch DCI hervorrufen.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben diese autoregulatorischen Indizes auch dazu gedient, optimale zerebrale Perfusionsdrücke und ideale Druckbereiche basierend auf unteren und oberen Grenzen der Autoregulation zu erzeugen. Steiner et al. veröffentlichte 2002 eine bahnbrechende Studie mit kontinuierlicher Autoregulationsüberwachung zur Ermittlung des optimalen zerebralen Perfusionsdrucks bei Patienten mit traumatischer Hirnverletzung. Dieser optimale Druck wird berechnet, indem zerebrale Autoregulationsindizes gegen einen Blutdruckbereich über 4-stündige Überwachungszeiträume aufgetragen und eine U-förmige Kurve an die Daten angepasst werden, um den Blutdruckbereich zu identifizieren, in dem die Autoregulation am stärksten erhalten bleibt. Die Hypothese, die dieses Fenster des zerebralen Perfusionsdrucks umgibt, ist, dass Hirnarteriolen einen konstanten zerebralen Blutfluss mit der größtmöglichen autoregulatorischen Reserve bei diesen Drücken aufrechterhalten können. Auf individueller Ebene in der Intensivmedizin Eine kontinuierliche Schätzung eines idealen zerebralen Perfusionsdrucks stellt ein attraktives Ziel für das hämodynamische Management dar.