Ο ρόλος των βιοδεικτών στο οξύ αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο

Abstract

Introduction: A stroke refers to a focal or generalized disorder of cerebral function that lasts more than 24 hours and is exclusively due to vascular causes. Two pathological types are distinguished according to aetiology: ischemic stroke (IS), which accounts for 80% of strokes, and hemorrhagic stroke (HS), which accounts for 20% of strokes. The most important milestones in the management of stroke are the differential diagnosis between ischemia, hemorrhage and stroke mimics (SM), the application of reperfusion therapies in the acute phase in the case of IS and the prompt management of HS, prognosis and therapeutic strategies for secondary prevention. However, the means available to achieve the goals are not available in all geographic areas and/or 24/7. The necessity of timely and correct diagnosis is therefore recognized in order to apply the appropriate management and treatment protocols in each case. An alternative approach to the differential diagnosis and prognosis of acute stroke can be achieved through variable blood substances, so-called "biomarkers", which appear to be able to reflect the body's response to the damage caused by the different types of stroke in measurements at different time points. Specific biomarkers should differentiate IS from HS and SM, identify large-vessel occlusion, predict the time of onset of stroke, and provide evidence for its progression and prognosis. In this way, in places where the technological means are not available, but also in those where they are, the diagnosis will be accelerated, the appropriateness of reperfusion treatments will be increased and aggressive treatments will be started immediately, such as arterial pressure regulation in intracerebral hemorrhage (ICH). Overall, it will enable the treatment of a larger part of the population, achieving optimal management of stroke in the acute phase. The main purpose of the present PhD thesis was to investigate the change in the levels of biomarkers in the acute and subacute phase of stroke and to correlate it with the differential diagnosis between IS, ICH and SM, with the risk factors of stroke and prognosis. In addition, through two systematic reviews, we wanted to show the importance of this approach of stroke which, compared to others, is easier, more economical and can be carried out everywhere, thus emphasizing the necessity of its implementation. Methods: We performed a systematic review of the literature aiming to demonstrate the inflammatory mechanisms involved in the pathophysiology of stroke, as well as the role of CRP in the acute phase of IS and HS. Then we evaluated patients with acute IS who were hospitalized in the 2nd Neurological Clinic of the NKUA at the University General Hospital "Attikon" during 3 years (February 2013 - January 2016). We wanted to show the association of CRP levels with the severity of IS and its role as a prognostic factor for IS. We studied the role of glial fibrillary acidic protein (GFAP) in the differential diagnosis of ICH. We then evaluated patients presenting to a tertiary care hospital's emergency department (KAT) during a 3-year period (January 2013–December 2015), and excluded patients with symptoms >6 hours or previous stroke, traumatic brain injury or brain tumor. We wanted to assess prospectively the diagnostic accuracy of GFAP in the differential diagnosis of ICH from IS and other acute neurological disorders. We studied the levels of vaspin and omentin during the early phase of IS in patients with symptom duration less than 24 hours who came to the Emergency Department of the 2nd Neurological Clinic of the NKUA at the University General Hospital "Attikon" for two years (January 2018 – December 2019). We sought to investigate possible associations of omentin and vaspin levels with clinical and neuroimaging characteristics. We performed a systematic review of biomarkers studied in IS. We sought to show their role in the acute phase and the limitations that apply so far making it impossible to use them as diagnostic, prognostic and differentiation tools between different conditions. Results: In the acute phase but also during the course of IS and HS, intense inflammatory reactions take place which are characterized by similar pathogenetic mechanisms, however presenting significant differences between them. Acute phase proteins have an initial and leading role, among them C-reactive protein (CRP). From the studies so far, a clear association of the risk for IS has been seen with the finding of high levels of CRP concentration, while its significance in HS has not yet been established. A total of 186 patients with acute IS (66% male, mean age 57±12 years) with available routine CRP measurement during the first 48 hours of their hospitalization were evaluated. Elevated CRP was found in 68 patients (36%; 95%CI: 29%-43%) and was more frequent in moderate to severe stroke (27% vs 8%; p=0.001). Among patients with elevated CRP, baseline stroke severity was positively associated with CRP levels (r:+0.352; p=0.004). Elevated CRP was independently associated with a higher probability of risk for manifestation of moderate or severe IS in multivariable logistic regression models after statistical adjustment for demographics, CPA subgroups, and vascular risk factors (OR: 4.53, 95% CI: 1.10-18.66; p=0.037).We studied 270 patients with a discharge diagnosis: IS (n=121), ICH (n=34), SM (n=31) and SAH (n=5) as well as controls (n=79). SM, controls and SAH patients were younger compared to the rest of the population. No differences were found in baseline stroke severity and time from onset to sample collection between patients with IS, ICH and SAH. Patients with ICH had a higher mean concentration of GFAP values ng/ml (2.17; interquartile range [IQR], 0.55-10.12) compared with IS (0.11; IQR, 0-0.27), MS (0.07; IQR, 0.07) -024), controls (0;IQR, 0-0.21) and SAH (0;IQR, 0-0.22;). Our study showed that serum GFAP is a sensitive and specific biomarker for the differential diagnosis of ICH from IS, SM, SAH and controls, with optimal diagnostic performance at the second hour of symptom onset. Our results are congruent with previous studies, however, the threshold of 0.43ng/ml we used, confers the highest diagnostic accuracy for the differentiation between ICH and IS reported to date, with higher sensitivity values and no significant loss of specificity. We studied 135 consecutive patients with IS who presented within 24 of symptom onset: 105 (78%) IS and 30 (22%) TIA. Median age of patients was 59+/- 10 years, 92 (68%) were male, and median NIHSS at admission was 3 points (IQR:1-7). Multiple linear regression revealed that increasing levels of omentin were independently associated with increasing age (LCR=0.170, 95%CI:0.063-0.277; P =0.0023), greater admission NHISS (LCR=0.290, 95%CI:0.063- 0.51; P = 0.013) and ipsilateral carotid artery stenosis (LCR=3.411, 95%CI: 0.194-6.628; P=0.038). Omentin also appeared to be closely related to increasing age (Spearman rho coefficient:+0.303; p<0.001) and stroke severity at admission (Spearman rho coefficient:+0.351; p<0.001). We also estimated omentin levels in patients with acute IS categorized according to the presence of ipsilateral carotid artery stenosis (>50% NASCET criteria). Significantly higher omentin levels were found in patients with ipsilateral carotid artery stenosis compared to patients without carotid disease (13.3+/-8.9ng/ml vs 9.5+/-5.5ng/ml, p=0.014). For vaspin concentrations, simple linear regression did not reveal a significant association with clinical characteristics, diagnostic results, or outcome of patients with IS, and therefore no further analysis was performed. We made a brief description of IS and its subtypes in the different categories: atherothrombotic, cardioembolic, small vessel disease and cryptogenic and analyzed in detail different mechanisms involving acute phase mechanisms. We demonstrated molecules and mechanisms that are potential targets for differential diagnosis, prognosis and treatment of IS. Then we analyzed the role of biomarkers, how they were selected, their use so far and the methods by which they are analyzed and measured. Finally, we listed the limitations and difficulties encountered in order to establish and use them in daily clinical practice, and proposed solutions. Conclusions: As shown in the three studies and two reviews, the inflammatory processes occurring in both IS and HS have an important role in the development, exacerbation, prognosis and outcome of stroke as well as in differentiating IS from HS and SM. Therefore, studying the levels of biomarkers involved in these processes and incorporating them as part of the processes is absolutely essential. If we take for example the use of troponin, the measurement of which has been established worldwide and reflects myocardial ischemic damage in case of elevation, we can understand the necessity of similar biomarkers for stroke. However, their use should not be limited only to the parameters of the acute phase. According to the processes described in the stages of inflammation, they could also be used as treatment targets in both acute and chronic phases, thus also covering secondary prevention. In conclusion, the scientific community should invest in such new approach targets of stroke as the benefit from their use may exceed expectations.

Εισαγωγή: To ΑΕΕ αφορά μία εστιακή ή γενικευμένη διαταραχή της εγκεφαλικής λειτουργίας που διαρκεί περισσότερο από 24 ώρες και οφείλεται αποκλειστικά σε αγγειακά αίτια. Διακρίνονται δύο παθολογικοί τύποι σύμφωνα με την αιτιοπαθογένεια: το ισχαιμικό ΑΕΕ (ΙΑΕΕ) που αποτελεί το 80% των ΑΕΕ και το αιμορραγικό ΑΕΕ (ΑΑΕΕ) που αποτελεί το 20% των ΑΕΕ. Το σημαντικότερα ορόσημα στη διαχείριση των ΑΕΕ είναι η διαφορική διάγνωση μεταξύ ισχαιμίας, αιμορραγίας και ΜΑΕΕ, η εφαρμογή των θεραπειών επαναιμάτωσης στην οξεία φάση στην περίπτωση των ΙΑΕΕ και η άμεση διαχείριση των ΑΑΕΕ, η πρόγνωση και οι θεραπευτικές στρατηγικές για τη δευτερογενή πρόληψη. Ωστόσο τα μέσα που διατίθενται προκειμένου να επιτευχθούν οι στόχοι δεν είναι διαθέσιμα σε όλες τις γεωγραφικές περιοχές ή/και όλο το 24ωρο 7 ημέρες/εβδομάδα. Αναγνωρίζεται συνεπώς η αναγκαιότητα της έγκαιρης και σωστής διάγνωσης προκειμένου να εφαρμοστούν τα ανάλογα πρωτόκολλα διαχείρισης και θεραπείας στην εκάστοτε περίπτωση. Μια εναλλακτική προσέγγιση στη διαφορική διάγνωση και την πρόγνωση του οξέος εγκεφαλικού μπορεί να επιτευχθεί μέσω μεταβλητών ουσιών του αίματος, τους λεγόμενους «βιοδείκτες», οι οποίες φαίνεται να μπορούν να αποδώσουν την αντίδραση του οργανισμού στη βλάβη που προκαλείται από τους διαφορετικούς τύπους εγκεφαλικού σε διαφορετικές χρονικές μετρήσεις. Ειδικοί βιοδείκτες θα πρέπει να διαφοροποιήσουν το ΙΑΕΕ από το ΑΑΕΕ και τους ΜΑΕΕ, να αναγνωρίσουν την απόφραξη μεγάλων αγγείων, να προβλέψουν τον χρόνο έναρξης του ΑΕΕ και να δώσουν στοιχεία για την εξέλιξη και την πρόγνωσή του. Κατ’αυτόν τον τρόπο, σε μέρη όπου τα τεχνολογικά μέσα δεν είναι διαθέσιμα, αλλά και σε αυτά όπου είναι, θα επισπευσθεί η διάγνωση, θα αυξηθεί η καταλληλόλητα για θεραπείες επαναιμάτωσης και θα γίνει άμεση έναρξη θεραπειών επιθετικής αντιμετώπισης, όπως για παράδειγμα ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης σε ΕΑ. Συνολικά, θα δοθεί η δυνατότητα θεραπείας μεγαλύτερου μέρους του πληθυσμού, επιτυγχάνοντας τη βέλτιστη διαχείριση των ΑΕΕ στην οξεία φάση. Ο βασικός σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν να είναι να διερευνήσει την μεταβολή των επιπέδων των βιοδεικτών στην οξεία και υποξεία φάση του αγγειακού εγκεφαλικού επεισοδίου (ΑΕΕ) και να τη συσχετίσει με τη διαφορική διάγνωση μεταξύ ΙΑΕΕ, ΕΑ και ΜΑΕΕ, με τους παράγοντες κινδύνου του ΑΕΕ και τη πρόγνωση. Επιπλέον μέσα από δύο συστηματικές ανασκοπήσεις θελήσαμε να δείξουμε τη σπουδαιότητα αυτού του τρόπου προσέγγισης του ΑΕΕ ο οποίος συγκρινόμενες με άλλους είναι ευκολότερος, οικονομικότερος και δύναται να πραγματοποιηθεί παντού τονίζοντας έτσι την αναγκαιότητα εφαρμογής του. Μέθοδοι: Κάναμε μια συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας θέλοντας να δείξουμε τους φλεγμονώδεις μηχανισμούς που εμπλέκονται στη παθοφυσιολογία του ΑΕΕ, καθώς και το ρόλο της CRP στην οξεία φάση του ΙΑΕΕ και ΑΑΕΕ. Κατόπιν αξιολογήσαμε ασθενείς με οξύ ΙΑΕΕ που νοσηλεύθηκαν στη Β’ Νευρολογική Κλινική του ΕΚΠΑ στο Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο «Αττικόν» κατά την διάρκεια 3 ετών (Φεβρουάριος 2013 – Ιανουάριος 2016). Θέλαμε να δείξουμε το συσχετισμό των επιπέδων της CRP με τη βαρύτητα του ΙΑΕΕ και το ρόλο της σαν προγνωστικό παράγοντα για το ΙΑΕΕ. Μελετήσαμε το ρόλο της ινώδους όξινης πρωτεΐνης της γλοίας (GFAP) στη διαφορική διάγνωση της EA. Κατόπιν αξιολογήσαμε ασθενείς που προσήλθαν στο τμήμα επειγόντων περιστατικών ενός τριτοταγούς νοσοκομείου (ΚΑΤ) κατά τη διάρκεια 3 ετών (Ιανουάριος 2013 – Δεκέμβριος 2015), και εξαιρέσαμε ασθενείς με συμπτώματα >6 ώρες ή προηγούμενο ΑΕΕ, κρανιοεγκεφαλική κάκωση ή εγκεφαλικό όγκο. Θελήσαμε να εκτιμήσουμε προοπτικά τη διαγνωστική ακρίβεια της GFAP στη διαφορική διάγνωση της ΕΑ από το ΙΑΕΕ και άλλων οξέων νευρολογικών διαταραχών. Μελετήσαμε τα επίπεδα της βασπίνης και ομεντίνης κατά την πρώιμη φάση του ΙΑΕΕ σε ασθενείς με συμπτώματα εντός 24 ωρών που προσήλθαν στο Τμήμα Επειγόντων Περιστατικών (ΤΕΠ) της Β’ Νευρολογικής Κλινικής του ΕΚΠΑ στο Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο «Αττικόν» για δύο έτη (Ιανουάριος 2018 – Δεκέμβριος 2019). Επιδιώξαμε να διερευνήσουμε πιθανές συσχετίσεις των επιπέδων ομεντίνης και βασπίνης με κλινικά και νευροαπεικονιστικά χαρακτηριστικά. Πραγματοποιήσαμε μια συστηματική ανασκόπηση των βιοδεικτών που έχουν μελετηθεί στο ΙΑΕΕ. Επιδιώξαμε να δείξουμε το ρόλο τους στην οξεία φάση και τους περιορισμούς που ισχύουν ως τώρα καθιστώντας αδύνατη τη χρήση τους ως εργαλεία διάγνωσης, πρόγνωσης και διαφοροποίησης μεταξύ διαφόρων καταστάσεων. Αποτελέσματα: Τόσο στην οξεία φάση όσο και κατά τη διάρκεια του ΙΑΕΕ και του ΑAEE λαμβάνουν χώρα έντονες φλεγμονώδεις αντιδράσεις οι οποίες χαρακτηρίζονται από παρόμοιους παθογενετικούς μηχανισμούς, παρουσιάζοντας ωστόσο και σημαντικές διαφορές μεταξύ τους. Εναρκτήριο και πρωταγωνιστικό ρόλο έχουν οι πρωτεΐνες οξείας φάσης και μεταξύ αυτών η C-αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP). Από τις μέχρι τώρα μελέτες έχει φανεί μία σαφής συσχέτιση του κινδύνου εκδήλωσης ΙΑΕΕ με την ανεύρεση υψηλών επιπέδων συγκέντρωσης CRP, ενώ η σημασία της στο ΑΑΕΕ δεν έχει ακόμη τεκμηριωθεί. Συνολικά αξιολογήθηκαν 186 ασθενείς με οξύ ΙΑΕΕ (66% άνδρες, μέσης ηλικίας 57±12 έτη) με διαθέσιμη μέτρηση ρουτίνας της CRP τις πρώτες 48 ώρες της νοσηλείας τους. Αυξημένη CRP βρέθηκε σε 68 ασθενείς (36%; 95%CI: 29%-43%) και ήταν πιο συχνή στα μέτρια έως βαριά ΑΕΕ (27% έναντι 8%; p=0.001). Μεταξύ των ασθενών με αυξημένη CRP, η αρχική βαρύτητα του ΑΕΕ σχετίστηκε θετικά με τα επίπεδα της CRP (r:+0.352; p=0.004). Η αυξημένη CRP συσχετίστηκε ανεξάρτητα με υψηλότερη πιθανότητα κινδύνου εκδήλωσης ΙΑΕΕ μέτριας ή μεγάλης βαρύτητας στα μοντέλα της πολυμεταβλητής λογιστικής παλινδρόμησης, έπειτα από στατιστική προσαρμογή ως προς τα δημογραφικά στοιχεία, τις υπο-ομάδες των ΙΑΕΕ και τους αγγειακούς παράγοντες κινδύνου (OR: 4.53, 95%CI: 1.10-18.66; p=0.037). Μελετήσαμε 270 ασθενείς με διάγνωση εξόδου: ΙΑΕΕ (n=121), ΕΑ (n=34), ΜΑΕΕ (n=31) και ΥΑ (n=5) καθώς και μάρτυρες (n=79). Οι ΜΑΕΕ, οι μάρτυρες και οι ασθενείς με ΥΑ ήταν νεότεροι σε σύγκριση με τον υπόλοιπο πληθυσμό. Δεν διαπιστώθηκαν διαφορές στην αρχική βαρύτητα του ΑΕΕ και το χρόνο έναρξης έως τη λήψη του δείγματος μεταξύ των ασθενών με ΙΑΕΕ, ΕΑ και ΥΑ. Οι ασθενείς με ΕΑ είχαν μεγαλύτερη μέση συγκέντρωση των τιμών της GFAP ng/ml (2.17; διατεταρτημοριακό εύρος [ΔΤΕ], 0.55-10.12) σε σύγκριση με τους ΙΑΕΕ (0.11; ΔΤΕ, 0-0.27), ΜΑΕΕ (0.07;ΔΤΕ,0-024), μάρτυρες (0;ΔΤΕ, 0-0.21) και ΥΑ (0;ΔΤΕ, 0-0.22;). Η μελέτη μας έδειξε ότι η GFAP του ορού είναι ένας ευαίσθητος και ειδικός βιοδείκτης για τη διαφορική διάγνωση της ΕΑ από το ΙΑΕΕ, το ΜΑΕΕ, την ΥΑ και τους μάρτυρες, με τη βέλτιστη διαγνωστική απόδοση να είναι τη δεύτερη ώρα από την έναρξη των συμπτωμάτων. Τα αποτελέσματά μας είναι σε συμφωνία με προηγούμενες μελέτες, ωστόσο, το κατώφλι των 0,43ng/ml που χρησιμοποιήσαμε, προσδίδει την μεγαλύτερη διαγνωστική ακρίβεια για τη διαφοροποίηση μεταξύ της ΕΑ και του ΙΑΕΕ που έχει αναφερθεί ως σήμερα, με μεγαλύτερες τιμές ευαισθησίας και όχι σημαντική απώλεια ειδικότητας. Μελετήσαμε 135 διαδοχικούς ασθενείς με ΙΑΕΕ που προσήλθαν εντός 24 από την έναρξη των συμπτωμάτων: 105 (78%) ΙΑΕΕ και 30 (22%) ΠΙΕ. Η μέση ηλικία των ασθενών ήταν 59+/- 10 έτη, 92 (68%) ήταν άνδρες, και η μέση τιμή της NIHSS στην εισαγωγή ήταν 3 βαθμοί (ΙQR:1-7). Η πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση αποκάλυψε ότι τα αυξανόμενα επίπεδα της ομεντίνης σχετίστηκαν ανεξάρτητα με την αύξηση της ηλικίας (LCR=0.170, 95%CI:0.063-0.277; P =0.0023), μεγαλύτερη NHISS εισαγωγής (LCR=0.290, 95%CI:0.063-0.51; P = 0.013) και ομόπλευρη στένωση της καρωτίδας αρτηρίας (LCR=3.411, 95%CI:0.194-6.628; P=0.038). Η ομεντίνη επίσης φάνηκε στενά συνδεδεμένη με την αύξηση της ηλικίας (Spearman rho coefficient:+0.303; p<0.001) και τη βαρύτητα του εγκεφαλικού στην εισαγωγή (Spearman rho coefficient:+0.351; p<0.001). Υπολογίσαμε επίσης τα επίπεδα της ομεντίνης στους ασθενείς με οξύ ΙΑΕΕ που κατηγοριοποιήθηκαν σύμφωνα με παρουσία στένωσης ομόπλευρης καρωτίδας αρτηρίας (>50% κριτήρια NASCET). Διαπιστώθηκαν σημαντικά μεγαλύτερα επίπεδα ομεντίνης στους ασθενείς με ομόπλευρη στένωση καρωτίδας αρτηρίας σε σύγκριση με ασθενείς χωρίς καρωτιδική νόσο (13.3+/-8.9ng/ml vs 9.5+/-5,5 ng/ml, p=0.014). Όσον αφορά τις συγκεντρώσεις της βασπίνης, η απλή γραμμική παλινδρόμηση δεν ανέδειξε σημαντική συσχέτιση με τα κλινικά χαρακτηριστικά, τα διαγνωστικά αποτελέσματα ή την έκβαση των ασθενών με ΙΑΕΕ και ως εκ τούτου δεν πραγματοποιήθηκε περαιτέρω ανάλυση. Κάναμε μία σύντομη περιγραφή του ΙΑΕΕ και των υποτύπων του στις διάφορες κατηγορίες: αθηροθρομβωτικό, καρδιοεμβολικό, νόσος μικρών αγγείων και κρυπτογενές και αναλύσαμε λεπτομερώς διαφόρους μηχανισμούς που αφορούν μηχανισμούς της οξείας φάσης. Καταδείξαμε μόρια και μηχανισμούς που είναι δυνητικοί στόχοι διαφορικής διάγνωσης, πρόγνωσης και θεραπείας του ΙΑΕΕ. Κατόπιν αναλύσαμε το ρόλο των βιοδεικτών, τον τρόπο επιλογής τους, τη μέχρι τώρα χρήση τους και τις μεθόδους με τις οποίες αναλύονται και μετρούνται. Τέλος παραθέσαμε τους περιορισμούς και τις δυσκολίες που συναντώνται προκειμένου να καθιερωθούν και να χρησιμοποιηθούν στη καθημερινή κλινική πράξη και θέσαμε προτάσεις επίλυσης. Συμπεράσματα: Όπως φάνηκε στις τρεις μελέτες και τις δύο ανασκοπήσεις, οι φλεγμονώδεις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα τόσο στο ΙAEE όσο και στο ΑΑΕΕ έχουν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη, επιδείνωση, πρόγνωση και έκβαση των ΑΕΕ καθώς και στη διαφοροποίηση του ΙΑΕΕ από ΑΑΕΕ και ΜΑΕΕ. Συνεπώς, η μελέτη των επιπέδων των βιοδεικτών που συμμετέχουν σε αυτές τις διαδικασίες και η ενσωμάτωσή τους ως μέρος των διαδικασιών είναι απολύτως απαραίτητη. Αν πάρουμε για παράδειγμα τη χρήση της τροπονίνης, της οποίας η μέτρηση έχει καθιερωθεί παγκοσμίως και αντανακλά την ισχαιμική βλάβη του μυοκαρδίου σε περίπτωση ανόδου, μπορούμε να καταλάβουμε την αναγκαιότητα παρόμοιων βιοδεικτών για το ΑΕΕ. Ωστόσο η χρήση τους δε θα πρέπει να περιοριστεί μόνο στις παραμέτρους της οξείας φάσης. Σύμφωνα με τις διαδικασίες που περιγράφτηκαν στα στάδια της φλεγμονής, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και ως στόχοι θεραπείας τόσο στην οξεία όσο και στη χρόνια φάση, καλύπτοντας έτσι και τη δευτερογενή πρόληψη. Συμπερασματικά η επιστημονική κοινότητα θα πρέπει να επενδύσει σε τέτοιους νέους στόχους προσέγγισης των ΑΕΕ καθώς το όφελος από τη χρήση τους ενδέχεται να υπερβεί τις προσδοκίες.