Deneysel travmatik beyin hasarı modelinde serebral kan akımıdeğişikliklerinin ve kortikal yayılan depolarizasyonların incelenmesi
Investigation of cerebral blood flow changes and corticalspreading depolarizations in experimental traumatic brain injury model
Yazar: ŞAHİN HANALİOĞLU
Danışman: PROF. DR. MELİKE MUT AŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Nöroşirürji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2016
Konu: Nöroşirürji = Neurosurgery
Dizin: Beyin iskemisi = Brain ischemia ; Beyin yaralanmaları = Brain injury ; Kraniyoserebral travma = Craniocerebral trauma

Özet:
Giriş ve Amaç: Travma, tüm dünyada 45 yaş altı ölümlerin en sık nedeni; travmatik
beyin hasarı ise travmaya bağlı ölümlerin ve sakatlıkların başta gelen nedenidir.
Travma sonrası erken dönemden itibaren serebral kan akımında değişiklikler meydana
gelmektedir. İskemi ve kortikal yayılan depolarizasyonlar, travmatik beyin hasarında
kötü prognozla ilişkili olup önemli sekonder hasar mekanizmaları arasında olan bu
süreçlerin tanınması ve önlenmesi oldukça önemlidir. Fakat mevcut görüntüleme ve
monitörizasyon araçları beyindeki kan akımı değişikliklerini farklı bölgelerden eş
zamanlı olarak yüksek hassasiyet, zamansal ve mekansal çözünürlükle ölçebilecek
yeterlilikte değildir. Görece yeni bir görüntüleme yöntemi olan lazer beneklenme
kontrast görüntüleme (LBKG) ise bu bakımdan iyi bir alternatif olarak öne
çıkmaktadır. Bu çalışmanın amacı, LBKG ile hafif şiddette deneysel TBH modelinde
travma sonrası erken dönem kan akımı değişikliklerini ve serebral vasküler
reaktivitedeki değişimi incelemek, kortikal yayılan depolarizasyonlara karşı oluşan
vasküler yanıtları değerlendirmektir.
Gereç ve Yöntem: Çalışmada toplam 27 erkek Swiss albino fare kullanılmış ve
ağırlık düşürme modeli ile izofloran anestezisi altında kapalı kafa travması
oluşturulmuştur. İlk deneylerde üç farklı travma şiddeti (ağır, orta, hafif) ile deneyler
yapılmış (n=3/grup) ve LBKG ile kan akımının izlemine olanak vermesi nedeniyle,
sonraki deneyler için hafif travma (67 gr, 5 cm yükseklik) seçilmiştir. Travma
grubundan 2 hayvan daha erken mortalite nedeniyle çalışma dışında tutulmuştur. Son
durumda hayvanlar iki gruba ayrılmıştır: travma (n=10) ve sham (n=6). Travma
grubunda travmayı takiben, sham grubunda ise doğrudan LBKG kaydına başlanmış;
ortalama 1 saatlik kayıt süresince önce CO2 ile vasküler reaktiviteye bakılmış,
ardından iğne batırılmasıyla kortikal yayılan depolarizasyon (KYD) indüklenmiş,
daha sonra ise tekrar CO2 ile vasküler reaktivite değerlendirilmiştir.
Bulgular: Travmayı takiben ipsilateral hemisferde ortalama serebral kan akımı
%82,2±6,9 olarak ölçülürken kontralateral hemisferde ise %100,9±7,7 bulunmuştur
(p=0,094). Özel olarak perikontüzyonel bölgedeki kan akımı (%75,9±5,1)
V
kontralateral hemisfere göre anlamlı ölçüde düşük bulunmuştur (p=0,032). 1 saatlik
kaydın sonunda da ipsilateral hemisferde –KYD oluşumundan bağımsız olarak- hafif
hipoperfüzyon izlenmiştir (SKA değerleri %74,8±4,6). Gerek sham grubunda gerekse
travma grubunda KYD öncesi ve sonrasında, gerekse de gruplar arasında bakılan
vasküler reaktivite değerlerinde anlamlı bir fark saptanmamıştır. Bununla birlikte
KYD'nin uzamış oligemik fazının başlarında reaktivitede hafif azalma görülürken
sonlarına doğru vasküler reaktivitenin tekrar arttığı görülmüştür. Gruplar arasında
KYD'ye yanıt olarak oluşan vasküler değişiklikler (net iskemi: %52,3±2,6 ve
%56,3±1,9) ve süreleri (44,8±1,8 dk ve 49,8±2,3 dk) arasında da fark saptanmamıştır.
Travmadan 2 saat sonra sakrifiye edilen hayvanların beyin kesitlerinin histopatolojik
incelemesinde de hücre hasarı veya mikrotrombüs oluşumuna dair anlamlı bir bulgu
izlenmemiştir.
Sonuç: Hafif kafa travmasının erken döneminde ipsilateral hemisferde –özellikle
perikontüzyonel bölgede- ılımlı bir hipoperfüzyon izlenmektedir. Bununla birlikte
travmatize hemisferde gerek karşı hemisfer gerekse travma uygulanmayan (sham)
deneklerle kıyaslandığında vasküler reaktivite ve KYD'ye karşı vasküler yanıtlarda
belirgin fark izlenmemiştir. Bütün bunlar hafif şiddette kafa travmasında –belirgin
kontüzyon veya hemoraji olmadığı durumda– serebral vasküler yanıtların büyük
ölçüde korunduğunu göstermektedir.

Abstract:
Introduction & Objectives: Trauma is the most frequent cause of death under the
age of 45 years, and traumatic brain injury (TBI) is the leading cause of trauma
related death and disability. Cerebral blood flow (CBF) changes occur immediately
after trauma. Ischemia and cortical spreading depolarizations (CSD) are associated
with poor outcome in TBI patients. Thus, it is important to recognize and prevent
these secondary injury processes. However, current imaging and monitoring tools are
insufficient in terms of measuring CBF changes from different regions of interest at
once with high sensitivity and spatiotemporal resolution. Laser speckle contrast
imaging (LSCI), a relatively new imaging technique, seems to be a good alternative
to the current imaging tools. This study aims to investigate early CBF changes,
cerebral vascular reactivity and vascular responses to cortical spreading
depolarizations after traumatic brain injury in mild experimental TBI model with a
new in vivo imaging technique; LSCI.
Material & Methods: Twenty seven male Swiss albino mice were used. Closed head
trauma was performed under isoflurane anesthesia by using weight drop model. In
the first set of experiments, varying severities of trauma (severe, intermediate, mild)
(n=3/group) were performed and mild trauma model (weight: 67 g, height: 5 cm) was
selected for the rest of the study as it was possible to monitor CBF changes by LSCI
consistently only in this model which did not involve skull fractures or hematomas.
Two mice of the trauma group were excluded due to early mortality after trauma.
Finally, mice were divided into two groups: trauma (n=10) and sham (n=6). In the
trauma group LSCI was started just after trauma while imaging was performed
immediately in the sham group. During the recording period (average: 1 hour) cortical
vascular reactivity was evaluated with the inhalation of %5 CO2 in the first step.
Then, in the second step a single CSD was induced by pinprick and finally vascular
reactivity was re-evaluated during post-CSD oligemia period.
VII
Results: Mean cerebral blood flow of the ipsilateral hemisphere was measured to be
82.2±6.9% whereas, 100.9±7.7% in the contralateral hemisphere within 15 minutes
after trauma (p=0.094). Mean CBF measured in the pericontusional area (75.9±5.1%)
was significantly lower than contralateral hemisphere (p=0.032). At the end of 1-hour
recording, mild hypoperfusion (CBF: 74.8±4.6%) was observed in the ipsilateral
hemisphere – irrespective of CSD occurrence. There was no significant difference
between groups, hemispheres or pre/post-CSD periods in terms of CO2 reactivity.
Nevertheless, mild reduction in the vascular reactivity was detected during the first
half of the prolonged oligemic phase of the CSD; whereas, the improvement in the
vascular reactivity was observed towards the end of post-CSD oligemia period. There
was no significant difference for vascular changes in response to CSD (net ischemia:
52.3±2.6% vs. 56.3±1.9% and duration 44.8±1.8 min vs. 49.8±2.3 min) between
groups. Mice were sacrificed 2 hours after trauma. Histopathological investigations
revealed no significant evidence of cellular damage or microthrombus formation in
the brain sections.
Conclusion: At the early stages of mild head trauma, moderate hypoperfusion (20-
25%) was demonstrated in the ipsilateral hemisphere, particularly in the
pericontusional area. Nonetheless, in the traumatized hemisphere, there was no
significant difference of vascular reactivity and vascular response to CSD when
compared with either contralateral hemisphere or non-traumatized animals (sham).
These findings suggest that cerebral vascular responses are largely preserved in mild
head trauma in the absence of significant contusion or hemorrhage.