硬膜外対硬膜下心電図検査における拡散性脱分極、拡散性抑圧、および負の超低電位の相関。

Correlates of Spreading Depolarization, Spreading Depression, and Negative Ultraslow Potential in Epidural Versus Subdural Electrocorticography.

• Jens P Dreier
• Sebastian Major
• Coline L Lemale
• Vasilis Kola
• Clemens Reiffurth
• Karl Schoknecht
• Nils Hecht
• Jed A Hartings
• Johannes Woitzik

抄録

拡散性脱分極（SD）は、膜貫通イオングラジエントのほぼ完全な破壊、神経細胞の浮腫および活動低下（＝抑圧）によって特徴づけられる。虚血組織におけるSDの極値は、「末期SD」と呼ばれ、「負の超低電位」（NUP）と呼ばれるゆっくりとしたベースラインの変化に加えて、長時間の脱分極を示す。NUPはヒトの脳から記録された最大の生体電気信号であり、SD後の死へのニューロンの漸進的な勧誘を反映していると考えられている。しかし、NUPが場電位なのか、それとも白金電極の感受性の汚染に起因するものなのかは不明である。動物におけるAg/AgClベースの電極とは対照的に、白金/イリジウム電極は、ヒトにおける頭蓋内直流（DC）記録のゴールドスタンダードである。ここでは、ラットの白金/イリジウム電極を用いて、低酸素下での短持続SD、全身性低酸素下での長持続SD、重度の大脳虚血下での終末SDを含む全連続性を調査し、その記録特性をよりよく理解することを目的とした。SDやNUPを検出するための感度は両電極タイプとも100%であった。それにもかかわらず、プラチナ/イリジウムで記録されたNUPはラットではヒトの10倍も小さかった。その後、患者の硬膜下プラチナ/イリジウム電極と硬膜外チタンペグ電極を比較することにより、SDの連続性をさらに調査した。動脈瘤性くも膜下出血または悪性半球性脳卒中のいずれかを有する7人の患者において、2つの硬膜外ペグ電極を硬膜下帯から10mmの位置に配置した。硬膜下ストリップ上の31/67個のSD（46％）が硬膜外でも検出された。負のDCシフトが長く、硬膜下帯に広く広がっているSDは、硬膜外記録で観察される可能性が高かった。循環機能は継続しているにもかかわらず、脳死を受けている間にSD誘発性のNUPを示した患者が1人いた。NUPの振幅は硬膜下で-150mV、硬膜外で-67mVであった。硬膜は硬膜外と硬膜下のコンパートメントを隔てており、硬膜外微小環境が変化したとは考えられないため、NUP中の換気、動脈圧、末梢酸素飽和度が一定であったことを考えると、ヒトのNUPは他の要因に対する電極感度の人工物ではなく、生体電場電位であることを示唆している。我々のデータは、侵襲的な心電図モニタリングの臨床的価値についてのさらなる証拠を提供し、侵襲性の低い記録技術の重要な可能性と限界を強調している。

Spreading depolarizations (SDs) are characterized by near-complete breakdown of the transmembrane ion gradients, neuronal oedema and activity loss (=depression). The SD extreme in ischemic tissue, termed 'terminal SD,' shows prolonged depolarization, in addition to a slow baseline variation called 'negative ultraslow potential' (NUP). The NUP is the largest bioelectrical signal ever recorded from the human brain and is thought to reflect the progressive recruitment of neurons into death in the wake of SD. However, it is unclear whether the NUP is a field potential or results from contaminating sensitivities of platinum electrodes. In contrast to Ag/AgCl-based electrodes in animals, platinum/iridium electrodes are the gold standard for intracranial direct current (DC) recordings in humans. Here, we investigated the full continuum including short-lasting SDs under normoxia, long-lasting SDs under systemic hypoxia, and terminal SD under severe global ischemia using platinum/iridium electrodes in rats to better understand their recording characteristics. Sensitivities for detecting SDs or NUPs were 100% for both electrode types. Nonetheless, the platinum/iridium-recorded NUP was 10 times smaller in rats than humans. The SD continuum was then further investigated by comparing subdural platinum/iridium and epidural titanium peg electrodes in patients. In seven patients with either aneurysmal subarachnoid hemorrhage or malignant hemispheric stroke, two epidural peg electrodes were placed 10 mm from a subdural strip. We found that 31/67 SDs (46%) on the subdural strip were also detected epidurally. SDs that had longer negative DC shifts and spread more widely across the subdural strip were more likely to be observed in epidural recordings. One patient displayed an SD-initiated NUP while undergoing brain death despite continued circulatory function. The NUP's amplitude was -150 mV subdurally and -67 mV epidurally. This suggests that the human NUP is a bioelectrical field potential rather than an artifact of electrode sensitivity to other factors, since the dura separates the epidural from the subdural compartment and the epidural microenvironment was unlikely changed, given that ventilation, arterial pressure and peripheral oxygen saturation remained constant during the NUP. Our data provide further evidence for the clinical value of invasive electrocorticographic monitoring, highlighting important possibilities as well as limitations of less invasive recording techniques.