任星姝彭米林翻译张丽娜校对
重要性：由于无法监测每个患者的靶向神经保护治疗的病理机制，阻碍了创伤性脑损伤的治疗进展。播散性去极化是动物模型中病变进展的一种机制，是需要手术治疗的颅脑外伤患者进行临床监测的新选择。
目的：为了验证无效假设，即播散性去极化与神经功能预后不良没有关系。
设计，地点和参与者：这项前瞻性、观察性、多中心队列研究于年2月至年8月在5个一级创伤中心进行。将需要进行神经外科手术治疗的急性脑外伤并获得研究同意的患者纳入研究；排除标准为数据质量技术问题，患者退出或随访失败。初步统计分析于年4月至12月进行。采取对预后评估者单盲。
干预：在手术过程中将6通道电极条放置在大脑表面，以在重症监护期间进行连续脑皮层电图监测。
主要预后和指标：遵循国际共识程序，对脑皮层电图进行了去极化评分。六个月的预后通过扩展格拉斯哥预后评分进行评估。
结果：最初纳入名患者；随后排除19名。其余名患者(名男性[75％]；中位[IQR]年龄为45[29-64]岁)接受了75.5(42.2-.1)小时的脑皮层电图检查。名患者中有83名发生了次播散性去极化，与未发生播散性去极化的患者相比，院前收缩压较低(平均值[SD]，[31]mmHg比[33]mmHg；P=0.03)，创伤性蛛网膜下腔出血更多(Morris-Marshall分级为0、1、2和3/4患者的去极化发生率分别为17/37[46％]，18/32[56％]，22/33[67％]，以及23/30[77％]；P=0.)，放射影像学检查更差(Rotterdam评分2-4与5-6的患者分别为38/73[52％]和42/60[70％]；P=0.04)。在发生去极化的患者中，只有32/83(39％)为偶发事件引起自发性电活动的皮质播散抑制，而在51/82(61％)表现为去极化的时间聚集性(2小时内≥3次)。这些具有时间聚集性有近一半(23/51[45％])的大脑皮层电沉默区域也出现了去极化（等电位播散性去极化）。从手术前到脑皮层电图检查后，有去极化时间簇的患者的运动神经系统检查没有改善，而其他患者的情况有所改善。在校正基线预后变量的多变量序贯回归中，去极化簇发生率的比值比OR为2.29(95％CI，1.13-4.65；P=0.02)。
结论和相关性：在这项针对急性脑外伤患者的队列研究中，播散性去极化是与不良的神经功能恢复相关的主要但具异质性且独立的因素。监测播散性去极化的发生可能有助于识别最有可能受益于靶向治疗策略的患者。
引言
数十项临床试验未能改善中重度创伤性脑损伤(TBI)的预后，因此迫切需要新的治疗方法。当前的工作认识到，TBI不是一种单一的疾病，因此需要制定更精确的TBI分类。其目标是通过识别病理解剖和生理学的变化来实现精确或个性化的医疗方法，以针对那些病情可能有反应的患者进行治疗。在以往失败的试验中，明显缺乏这种针对诊断的病理机制的精准靶向治疗，这些试验严重依赖于动物模型中的神经保护研究，而在很大程度上忽视了疾病的临床研究过程。因此，近十年来，创伤性脑损伤的个体化监测和脑损伤的神经保护机制得到了越来越多的应用。
临床研究的一个重大突破是确定了继发损伤的直接神经元检测方法，即播散性去极化的病理现象。播散性去极化是一类由缺血、创伤或其他伤害性刺激引起的通过大脑灰质缓慢传播(1～9mm/min)的病理性波。其特点是受影响组织中神经元和星形胶质细胞的电化学膜梯度完全接近、持续地崩塌，从而导致电信号丢失（也称为脑电图的播散抑制）、细胞内钙离子(Ca2+)负荷、细胞*性水肿和神经递质释放。它们被认为是通过N-甲基-D-天冬氨酸受体信号传导导致急性兴奋性*性损伤的主要来源，是脑卒中动物模型中脑梗死的一个因果、必要机制。在他们年的临床发现之后，我们成立了一个国际性的联合体来检验这种无效假设，即播散性去极化与神经系统预后无关。中期研究描述了大多数严重急性脑外伤和卒中患者的去极化的病理生理相关因素，包括脑死亡的最终事件的发生。在这篇文章中，我们报告了一项来自手术治疗的TBI队列研究的主要发现来探讨最初的无效假设和去极化与关键临床变量的关联。
方法
患者
我们在5个神经外科中心（俄亥俄州的辛辛那提大学；里士满的弗吉尼亚联邦大学；宾夕法尼亚州的匹兹堡大学；佛罗里达州的迈阿密大学以及医院）进行了一项前瞻性的观察性研究。这项研究由伦理委员会批准，并按照赫尔辛基宣言进行。所有受试者均获得书面知情同意书。纳入标准为临床需要神经外科手术治疗的严重脑损伤患者，损伤后7天内手术，年龄18岁或以上。排除被判定为不可存活的损伤的患者。多发伤、头部穿透伤或其他先前存在的疾病不是排除标准。
研究程序
手术结束时，将线状皮层电极条（铂，6通道，10mm电极间距[Wyler；AdTech]）放置在原发性损伤病灶附近的大脑皮层上（图1A）。术后病人被转到重症监护病房，并持续进行神经监测。临床医生对脑皮层电图结果不知情，并且没有任何治疗基于这一监测。当临床不再需要侵入性神经监测或最多7天后终止脑皮层电图。
图：1A
根据当地标准治疗对患者进行管理。咪达唑仑是机械通气的患者的首选镇静药，异丙酚可用于术后的短期镇静，长期的镇静停止时，或用于降低颅内压。镇痛药使用芬太尼及其类似物和吗啡，同时给予苯妥英钠或左乙拉西坦预防癫痫发作7天。
表：1
脑电图
尽可能由相同的数据采集系统连续监测脑电图，颅内压、动脉压和脑组织氧。脑电图根据既定的一致程序（图1C）在LabChart(ADInstruments)进行的离线分析中，对分散的去极化进行集中评分。简言之，去极化是通过以下方式确定的：(1)在接近直流情况下(超慢，~0.01-0.10Hz)频带内0.5mV至5.0mV峰间振幅的缓慢电位变化；(2)当基线中存在自发活动时，在0.5Hz至50Hz频段内同时出现抑制自发活动，以及(3)至少2个电极之间的缓慢电位变化和高频抑制的播散。去极化侵入自发活动的组织，从而在所有受影响的通道中引起振幅降低被归类为皮层播散性抑制(CSD)。然而，如果参与波的至少一个通道已经电静默，则去极化被归类为等电播散性去极化（等电SD；图1c）。如前所述，测量由去极化引起的活动抑制持续时间(图1C)。根据个体事件的评分，计算出每个患者的去极化负荷的几个汇总指标(表2)。(癫痫发作和发作间期活动也进行了评分，但将在单独的报告中描述。)
表：2
统计学方法
去极化与临床预后的关系通过序贯回归分析，假设一个比例优势模型。模型以去极化为分类变量，GOS-E评分为因变量。由于分类的个体数量少，GOS-E得分7和8被合并。模型比较基于似然比检验协变量包括在控制基线预后的模型中，并根据其在国际IMPACT研究中的既往验证，作为与预后相关的最可靠的独立因素进行先验选择。采用年龄、运动评分和瞳孔的核心IMPACT模型。我们还计算了所有7个变量IMPACT模型的线性预测值，作为反映预后总分的单一协变量。在这个模型中，预后评分为-2.2、0.0和2.2分别对应于10%、50%和90%的预后不良概率(GOS-E评分1-4)。一些协变量值(23/[2.4%])缺失，并根据观察到的协变量、去极化类别和GOS-E评分使用其预期值进行填补。
对于非正态分布的数据，将数值报告为中位数（四分位数间距），并使用Kruskal-Wallis方差分析和Spearman秩相关分析。所有P值小于0.05被认为是显著的。数据收集时间为年2月至年8月，主要统计分析时间为年4月至12月。分析使用GraphPad7.04版（Prism）和SPSS统计软件26版（IBM）进行。
结果
研究参与者
共纳入例患者。其中17例因脑电图技术质量差而被排除，1例撤回同意书，1例失访。因此，最后的队列包括名患者(名男性[75%])。表1报告了名参与者中86名(62.3%)入院时的预后变量和术前头颅CT研究的解剖病理学。大多数患者有脑挫裂伤(78/[58.6%])和/或硬膜下血肿(73/[54.9%])，少数患者有脑出血(22/[16.5%])或硬膜外血肿(9/[6.8%])，大多数有占位效应的征象(96/[71.4%]中线偏移5mm，/[83.5%]出现脑池受压或缺失)。TBI的原因、神经外科手术的适应症和手术程序在附录的表格中进行了总结。
去极化活动的指标
脑外伤后脑电图检查开始的中位时间(IQR)为13.5(8.5-24.5)小时，有效记录的持续时间为每名患者75.5(42.2-.1)小时(图1d)。在这段时间里，83/名共记录到次播散性去极化(发生率60.1%)。其他患者无去极化记录(55/[39.9%])。图1D显示了记录和去极化的时间过程。在所有受影响的记录通道中，大多数去极化([84.6%])诱发了典型的基线自发皮层电活动抑制(CSD)。剩下的去极化([15.4%])发生在至少1个已经电沉默的通道中，因此被归类为等电性去极化(等电SD)。这些发生在23名患者(发生率16.7%)，有或没有额外的CSD。有18/23名受影响的受试者的等电性基线值是由于先前的去极化导致自发电活动持续或长时间的抑制而形成的，如图1c所示。随后的去极化，被归类为等电SD，因此只观察到传播缓慢的电位变化，没有进一步活动的可能性抑制。在其他个体，未记录到等电点的出现(2例)或无法明确确定原因(3例)。
去极化复发的模式是高度可变的，从散发的，罕见的事件到那些在短时间内重复发生的事件(图1d)。为了区分这些模式，基于对去极化间隔的分析（附录中的图1），我们将时间簇定义为在分钟内发生3次或以上的去极化。大多数去极化(/[75.0%])发生在这种时间簇。51/[37.0%]患者出现这种类型，其他32例[23.2%]仅有散发事件。有趣的是，等电性SD只在SD时间簇患者中(23/51[45%])出现，而在仅有散发去极化的患者中从未出现过(0/32；P0.；图1b)。事实上，等电性SD总是在时间簇中(19/23)或时间簇后(4/23)记录到，而从未作为最初的散发事件(图1d)。此外，几乎所有的等电性SD(/[97.4%])都发生在去极化簇中(如图1c)，而CSD只有/(71.0%；χ2；P0.)。因此，这些结果揭示了一个嵌套的序贯量表，根据去极化模式和亚型的加重程度或负担对患者进行分类(图1b)：(1)无去极化，(2)只有散发CSD，(3)只有CSD簇，或(4)等电性SD。根据更详细的连续测量评分(表2；附录中的图2)对这些类别进行了区分，尽管CSD簇和等电性SD患者在大多数测量中是相似的。
去极化的风险因素
检测了各种临床、生理和解剖学变量与去极化。图2A结果表明，几乎所有的去极化都发生在患者血压水平正常(/[96.7%])，颅内压低于20mmHg(/[97.6%])。然而，缺氧患者(20mmHg)去极化为/(22.9%)，脑血流量测量值在缺血水平(18mL/mg/min)的患者去极化为69/(29.5%)。
图：2A
去极化(发病率、负担或类别)与影响预后的变量(表1)(年龄、GCS运动评分、瞳孔、外伤性蛛网膜下腔出血、缺氧或预后评分)无显著相关性。然而，去极化更可能发生在被判定为早期(院前)低血压的患者中(19/22[86%]比60/[56.1%]；P=0.)。对外伤后住院前记录的第一次收缩压进行检查，结果显示收缩压越高，去极化风险越低(60-mmHg；图2B)。因此，去极化患者院前收缩压显著降低(平均值[SD]，.7[31.3]mmHg比.3[33.3]mmHg；P=0.03)，但很少符合低血压的临床标准(90mmHg)。
去极化与其他住院变量不相关，如血压，气道状态，血红蛋白，核心温度，动脉二氧化碳分压，氧分压或pH。入院时血浆血糖水平在有或无去极化的患者之间没有差异，但在严重程度分类更差的组中，去极化患者明显升高(中值(差)(中位数[IQR]：播散性CSD，[-]mg/dL；CSD簇，[-]mg/dL；等电SD，[-]mg/dL；Kruskal-Wallis，P=0.02；附录图3；乘以0.转化为mmol/L)。
在各种解剖病理中，只有Morris-Marshall级的多发性蛛网膜下腔出血与去极化风险显著相关。Morris-Marshall创伤性蛛网膜下腔出血0、1、2、3或4级的去极化发生率分别从17/37(46%)增加到18/32(56%)、22/33(67%)和23/30(77%)(P=0.；图2c)。与Rotterdam评分也无显著相关性，Rotterdam评分是一种基于头部CT病理结果预测的综合指标(图2d)。得分为2或3的患者去极化率为48%(12/25)，而得分较高的患者去极化率为54%(26/48)、64%(25/39)和81%(17/21)(P=0.10)。当2~4分和5~6分分组时(38/73[52%]和42/60[70%]；P=0.04)，这种趋势显著。基于Morris-Marshall评分、Rotterdam评分和早期低血压发生的logistic回归模型显示，患者可能有去极化的阳性预测值为81%，阴性预测值为54%，低于0.74。
神经系统检查和预后
神经外科手术前的GCS运动评分与随后的去极化活动没有差异。然而，在没有进行去极化或仅发生散发性CSD的患者中，随着电描记术监测的结束，运动评分显著提高，分别有37/55名患者(67％)和19/30名患者(63％)能够定位疼痛，而手术前为23/52名患者(44％；P=0.02)和8/31名患者(26％；P=0.)(两者均通过Fisher精确检验进行比较；图2E)。相比之下，具有簇状CSD或等电SD的患者并没有显著改善，在脑皮层电图检查后局部定位为15/28(54％)和9/23(39％)，而手术前分别为16/27(59％)和11/23(48％)(图2E)。
创伤后6个月，有99/例(71.7％)的预后较差，即死亡，植物状态或严重残疾，其GOS-E评分高于IMPACT预后评分(77/[55.8％])。研究中心之间的预后没有显著差异(5个中心的GOS-E中位数[IQR]得分：4[3-5]，3.5[1-5.5]，3[2.0-5.3]，2.0[1.0-4.0]，3.0[1.0-5.0]；P=0.18，Kruskal-Wallis检验)。
预后分布在图2F中按去极化类别显示。当我们按中度和重度残疾水平将好和差的预后分为两部分时，我们发现无去极化的患者中有18/55例(33％)，伴有散发性CSD的患者中有11/32例(34％)，有CSD簇的患者中有6/28例(21％)以及等电SD患者中有4/23例(17％)预后良好。在序贯回归分析中，去极化患者的GOS-E评分比无去极化患者差的几率是1.39(95％CI，0.76-2.54；P=0.29)。当分别考虑去极化类别时，散发性CSD的OR为1.02(95％CI，0.48-2.20；P=0.95)，CSD簇的OR为1.64(95%CI,0..69；P=0.23)，等电SD的OR为1.76(95%CI,0.74-4.20；P=0.20)。
在以年龄，运动评分和瞳孔为核心变量的IMPACT变量作为协变量的多元模型中，散发性CSD的较差预后OR为1.17(95%CI,0.52-2.60；P=0.70)，CSD簇的OR为2.43(95%CI；1.03-5.68；P=0.04)，等电SD的为2.13(95%CI,0.87-5.23；P=0.10)。将SD簇和等电SD患者合并为一个类别时，预后较差的OR为2.29(95%CI,1.13-4.65；P=0.02)(表3)。作为协变量，偶发CSD的OR为1.03(95%CI,0.48-2.22；P=0.94)，SD簇和等电SD的OR为1.(95%CI,0.88-3.44；P=0.11)。
表：3
讨论
在这项大型前瞻性研究中，60%的严重脑外伤患者在强化治疗期间出现了播散性去极化。我们根据亚型和时间模式确定了一个简单、临床适用的去极化负荷或严重程度的有序分类。利用这些分类，我们发现37%的患者出现重复性去极化（簇）与重症监护期间缺乏运动改善有关，并且是与6个月功能预后不良独立相关的因素。这项研究是多年来在人脑中发现去极化扩散的研究的顶点，证实了这种神经元病理机制是重症监护病房病人管理的一个新的、与临床相关的靶点。
这项研究的一个关键结果是，等电性SD的形成是去极化簇的结果。我们记录了直接监测的证据，在23例病例中，有18例是去极化诱发等电状态（如图1c）。等电状态，外加去极化，是理解大脑灰质病变发展的基础，因为它在40年前的发现产生了所谓的可挽救组织和神经保护干预的概念。等电性表明功能严重受损，可恢复的去极化波表明组织的持续活力（如果不是所有细胞）。这些结果表明，这种半暗带状态可以在TBI患者中被诊断出来，并且它是由去极化播散引起的一种主动的继发性损伤过程。这种恶化可能反映了由去极化引起的累积代谢衰竭和缺血扩散。
在先前的初步研究中，我们没有区分CSD的散发与聚集性。然而，在这里，我们发现这种区别对于确定有更恶性疾病病程的患者是有用的。在去极化负荷指标（表2）的总结中，只有聚集性CSD和非散发性CSD与等电性SD相似，并与等电状态的发展有关。此外，无去极化患者和散发性CSD患者在重症监护期间的运动检查有显著改善，6个月的良好预后率相似(预后良好：无去极化患者18/55例[33%]；散发性CSD患者11/32[34%])，而聚集性CSD和等电SD患者在运动检查中没有改善，只有6/28(21%)和4/23(17%)的预后良好。在我们的初步研究中，有20/(19%)出现等电性SD被认为是最差的预后类型，预后差的OR为7.6(95%CI，2.6-21.8；P0.)。因此，目前的研究结果有效地将去极化患者的百分比(从19%到37%)翻了一番，这可能是有害的，可以考虑作为治疗目标。预后较差的CSD簇（包括等电SD）的比值比为2.29(95％CI，1.13-4.65；P=0.02)，其独立预后价值高于GCS运动评分，与瞳孔反应性相似。与先前研究中的等电SD患者相比，这种关联似乎不那么显著，尽管这些患者的预后不良率相似(19/23[83％]比17/20[85％])。这可能反映了当前研究中不良预后的总体发生率(99/[71.7％])比我们的试点研究(56/[54.4％])更高。
我们发现，大多数已建立的TBI预后因素对于评估去极化的可能性没有价值。一个例外是，较高的院前血压与较宽范围内的去极化风险降低相关。这一结果与随着院前血压升高而逐渐降低的死亡率是一致的，并提供了针对临界值的进一步证据。在这个超急性期，较高的压力有可能减轻局灶性缺血性疾病，从而阻止随后的病理发展。
我们确定的另一个去极化危险因素是蛛网膜下腔出血。有研究表明，蛛网膜下腔出血足以在短期内触发去极化，而蛛网膜下腔出血的多少是动脉瘤破裂后早期去极化的一个相关因素。几天后，红细胞的破裂可能会进一步引起去极化簇的第二阶段，从而导致新的梗死和神经功能缺损。其他个别的病理解剖因素，如硬膜下血肿，可能很重要，尽管缺乏具有统计学意义的队列。而在这项研究中，我们描述了去极化在神经创伤治疗的现实世界中的变化，这将是很重要的，在未来确定如何实践变化，如手术入路，也可能影响去极化风险。
临床上对局部组织失稳的监测通常是由局部神经组织脱失引起的。因此，即使是连续监测的变量，如颅内压、脑组织氧合和脑血流量，当大多数去极化发生时，也是非正常范围。这些神经监测方式的一个局限性是在单个位置进行测量，因此氧合和血流量的测量可能无法捕捉到相关的局灶性病变进展。脑皮层电图的一个优点是可以在5cm以上的皮层进行广泛取样，而且去极化的播散特性允许检测组织的不稳定性，即使电极离病灶有点远。
局限性
一个局限性是脑电图放大器容易受到低频噪声的影响，导致有效记录周期缩短。这就增加了一些患者比得分更严重的去极化负担的可能性。此外，还没有对来自这些放大器的记录进行测试。然而，我们注意到，自从本研究的数据收集阶段以来，床旁记录系统已经有了很大的改进，而且新系统的层间可靠性即使对于新手用户也非常出色。另一个局限性是现有结果的可推广性有限，因为硬膜下电极只能用于需要手术的病人，而且只在一些学术性神经外科中心。未来应致力于开发微创和无创的去极化监测方法，使其在临床上得到更广泛的应用。与目前有限的样本量相比，这将进一步允许对更大的人群进行研究。
结论
总之，我们发现，四分之一的患者会出现散发的去极化，可能是良性的，而三分之一的患者会出现更为不利的重复性、聚集性事件。不良事件的发生与重症监护期间缺乏运动改善有关，预后不良的风险更高，且与传统预后因素无关，如年龄、GCS运动评分和瞳孔反应性。结合大量先前文献，我们得出结论：去极化不是一个偶然现象，也不是损伤严重程度的标志，而是与患者预后相关的继发性脑损伤的独立指标和机制。脑电图应作为一种临床神经监测方法，并应研究播散性去极化，以便对脑外伤患者进行精准的神经保护治疗。
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