Abstract

Delirium in intensive care is the main manifestation of sepsis-associated encephalopathy. In sepsis the brain acts as both a mediator of the immune response and as a target organ. Our aim was to evaluate sepsis-induced changes in the brain.

In study I, retinal arterial filling time (RAFT) was measured in septic patients. Of 31 patients, 93% were in septic shock, 71% developed delirium, and 51.6% had retinal angiopathies. Patients with prolonged RAFT had a lower cardiac index before and during angiography, and more frequently had retinal abnormalities. Patients with prolonged RAFT had lower C-reactive protein and interleukin-6 levels than those with shorter RAFT.

Study II included 22 patients with septic shock, who were assessed by CAM-ICU for the presence of delirium. Delirium was associated with an elevated protein S-100β concentration and with more severe organ dysfunction during the ICU stay.

Study III examined adult patients deceased due to sepsis on the ICU. Patients were categorized as having blood-brain barrier (BBB) damage if there was no expression of occludin in the endothelium of cerebral microvessels. A damaged BBB was related to severe organ dysfunction and systemic inflammation.

In Study IV, an overnight electroencephalogram (EEG) was recorded in ICU patients with hyperactive delirium and receiving dexmedetomidine. Night-time slow-wave activity in an EEG was evaluated with an offline calculation of the C-Trend^® index. Both the EEG and clinical evaluation showed that the quality and depth of night-time sleep were poor in most patients with hyperactive delirium.

In conclusion, retinal angiography detects disturbances in retinal blood flow and retinal microaneurysms in septic shock patients. S-100β concentration could be used in the diagnosis of delirium in sepsis. The blood brain barrier damage in sepsis is related to severe organ dysfunction and systemic inflammation. Offline calculation of the C-Trend^® index might offer an objective method for sleep evaluation in patients with delirium.

Tiivistelmä

Delirium on tärkein sepsiksen yhteydessä tapahtuva aivojen toimintahäiriö. Aivot toimivat sekä immuunireaktion välittäjänä että kohde-elimenä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää sepsiksen aiheuttamia muutoksia aivoissa.

Ensin selvitettiin verkkokalvon verenvirtausta määrittämällä verkkokalvon valtimon täyttymisaika (RAFT). Sepsispotilaiden silmän sisäistä painetta, tulehdusta ja aivojen toimintaa kuvaavia biomerkkiaineita mitattiin. Verkkokalvon valtimon täyttymisaika oli pidentynyt, jos RAFT oli yli 8,3 sekuntia. Tutkimuksen 31 potilaasta 93 %:lla oli septinen sokki, 71 % kärsi deliriumista ja 52 %:lla oli verkkokalvolla verisuonipoikkeavuuksia.

Jos potilailla oli pidentynyt RAFT, heillä oli alentunut sydämen minuuttivirtausindeksi. Heillä oli myös useammin verkkokalvomuutoksia.

Seuraavaksi selvitettiin 22 septisestä sokista kärsivällä potilaalla deliriumin esiintymistä CAM-ICU-luokituksella. Kun septisen sokin yhteydessä potilailla todettiin delirium, heillä oli suurentunut proteiinin S-100β-pitoisuus (> 0,15 μg/L). Deliriumpotilailla oli myös tehohoitojakson aikana useammin vaikeita elintoimintojen häiriöitä kuin ei-deliriumpotilailla.

Kolmanneksi selvitettiin sepsiksen vuoksi menehtyneiden tehopotilaiden ruumiinavauksen yhteydessä otettuja aivokudosnäytteitä immunohistokemiallisilla värjäyksillä. Jos verisuonten seinämässä ei todettu okkludiinia, se oli merkki veri-aivoesteen vauriosta. Näillä potilailla oli ollut vakavia elintoimintojen häiriöitä. Viimeisenä tutkittiin 15 hyperaktiivisesta deliriumista kärsivää teho-osaston potilasta, joille annettiin deksmedetomidiinia yöunen turvaamiseksi. Heidän aivosähkötoimintaansa seurattiin yön yli EEG:llä. Yönaikaista aivojen hidasaaltotoimintaa (SWA) arvioitiin C-Trend^®-indeksillä. Sekä SWA:n että kliinisen arvion perusteella hyperakuutin deliriumin aikana yönaikaisen unen laatu ja syvyys olivat huonoja. Yhteenvetona voidaan todeta, että verkkokalvon valtimon täyttymisaika toimii kajoamattomana menetelmänä keskushermoston ja aivojen verenkierron arvioinnissa. S-100β:aa voidaan käyttää sepsispotilaiden deliriumin toteamisessa. Okkludiinin puuttuminen verisuonten endoteelista kuvastaa veri-aivoesteen vauriota, johon liittyi elämän aikana vaikeita elintoimintojen häiriöitä. C-Trend^®-indeksin käyttö tarjoaa objektiivisen lähestymistavan deliriumpotilaiden unen arviointiin.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Erikson, K., Liisanantti, J. H., Hautala, N., Koskenkari, J., Kamakura, R., Herzig, K. H., Syrjälä, H., & Ala-Kokko, T. I. (2017). Retinal arterial blood flow and retinal changes in patients with sepsis: Preliminary study using fluorescein angiography. Critical Care, 21(1), 86. https://doi.org/10.1186/s13054-017-1676-3

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Erikson, K., Ala-Kokko, T. I., Koskenkari, J., Liisanantti, J. H., Kamakura, R., Herzig, K. H., & Syrjälä, H. (2019). Elevated serum S-100β in patients with septic shock is associated with delirium. Acta Anaesthesiologica Scandinavica, 63(1), 69–73. https://doi.org/10.1111/aas.13228

3. Erikson, K., Tuominen, H., Vakkala, M., Liisanantti, J. H., Karttunen, T., Syrjälä, H., & Ala-Kokko, T. I. (2020). Brain tight junction protein expression in sepsis in an autopsy series. Critical Care, 24(1), 385. https://doi.org/10.1186/s13054-020-03101-3

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

4. Ala-Kokko, T. I., Erikson, K., Koskenkari, J., Laurila, J., & Kortelainen, J. (2021). Monitoring of nighttime EEG slow-wave activity during dexmedetomidine infusion in patients with hyperactive ICU delirium : an observational pilot study. Manuscript submitted for publication.