Combined intraoperative neuromonitoring during carotid endarterectomy

• Podgurskaya M.G.
• Khamroev S.Sh.
• Kanshina D.S.
• Shamtieva K.V.
• Yudaev S.S.
• Batrashov V.A.
• Vinogradov O.I.
• Kuznetsov A.N.

Abstract

Background. Carotid endarterectomy belongs to the most common vascular operations performed in atherosclerotic lesions of brachiocephalic arteries for prevention of ischemic stroke. One of intraoperative complications of this intervention is ischemic stroke, therefore, currently important remains the task of choosing an optimal technique of intraoperative monitoring and improving methods of preventing the development of ischemic stroke.

Objective. The purpose of this study was to determine an optimal combination of methods of comprehensive intraoperative neuromonitoring during carotid endarterectomy.

Patients and methods. We analyzed the results of treating a total of 206 patients subjected to carotid endarterectomy. The mean age of the patients was 63.9±8.7 years. Depending on the method of intraoperative control over the development of cerebral ischemia, the patients were divided into 2 groups. Group One comprised 97 patients in whom the method of control was the measurement of the retrograde arterial pressure in the internal carotid artery with the calculation of the retrograde arterial pressure index. Group Two was composed of 109 patients in whom the control method consisted in measuring the retrograde arterial pressure and comprehensive intraoperative monitoring.

Results. By the main parameters, the patient groups were comparable (p>0.05). The frequency of developing ischemic stroke amounted to 4.1 and 0.9% in Group One and Group Two, respectively (p=0.048). An intraluminal shunt was used significantly more often in Group Two (with intraoperative monitoring), i. e., in 26.5% (28 patients) vs 12.4% (12 patients) in Group One (without intraoperative monitoring) (p=0.025).

The predictive model of reposition of an intraluminal shunt based on the data of intraoperative monitoring: somatosensory evoked potentials + transcranial dopplerography + electroencephalography and intraoperative monitoring: somatosensory evoked potentials + transcranial dopplerography was assessed by means of the ROC analysis and demonstrated comparable parameters of sensitivity and specificity (83%). Therefore, the protocol of intraoperative monitoring with the use of an intraluminal shunt was reduced to assessing alterations in 2 diagnostic parameters (somatosensory evoked potentials + transcranial dopplerography).

Conclusion. Combined neuromonitoring during carotid endarterectomy under conditions of general anesthesia makes it possible to verify critically decreased cerebral perfusion and to determine intraoperative indications for placing an intraluminal shunt and assess its condition during the main stage of surgery, thus resulting in a decrease in the frequency of neurological complications.

Keywords:intraoperative neuromonitoring; carotid endarterectomy; somatosensory evoked potentials; motor evoked potentials; transcranial dopplerography

References

1. Pokrovsky A.V., Ivandaev A. S. State of vascular surgery in Russia. Moscow. 2017; 14. (in Russian)

2.  Usachev D.Iu., Lukshin V.A., Yakovlev S.B., et al. A 20-year experience in surgical treatment of steno-occlusive lesion of craniocervical arteries at the Burdenko Neurosurgical Center. Voprosy Neirokhirurgii imeni N.N. Burdenko. 2020; 84 (3): 6–20. DOI: https://doi.org/10.17116/neiro2020840316 (in Russian)

3. National guidelines for the management of patients with brachiocephalic artery disease. Moscow. 2013; 72. (in Russian)

4. Oates C., Naylor A.R., Hartshorne T., et al. Reporting carotid ultrasound investigations in the United Kingdom. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 2009; 37: 251–261. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2008.10.015

5. Liu H., Williams E.S., Di Giorgio A.M. Protocol for electrophysiological monitoring of carotid endarterectomies. Journal of Biomedical Research. 2010; 24 (6): 460–466. DOI: https://doi.org/10.1016/S1674-8301(10)60061-9

6. Halsey J.H. Risks and benefits of shunting in carotid endarterectomy. The International Transcranial Doppler Collaborators. Stroke. 1992; 23: 1583–1587.

7. Shevchenco Y.I., Kuznetsev A.N., Kucherenko S.S., et al. Clinical safety of open and endovascular interventions on carotid arteries asymptomatic atherosclerotic plaque as predictors of vascular cerebral ischemic events. Journal National medical and surgical center named after N.I. Pirogov. 2012; 7 (4): 11–16. (in Russian)

8. Arning C., Widder B., von Reutern G.M., et al. Revision of DEGUM ultrasound criteria for grading internal carotid artery stenoses and transfer to NASCET measurement. Ultraschall in der Medizin. 2010; 31 (3): 251–257. DOI: https://doi.org/1055/s-0029-1245336

9. Vachev A.N., Dmitriev O.V., Prozhoga M.G. Protection of the brain from ischemia during carotid endarterectomy. Angiology and Vascular Surgery. 2020; 26 (1): 96–101. DOI: https://doi.org/10.33529/ANGI02020109 (in Russian)

10. Oostenveld R., Praamstra P. The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements. Clinical Neurophysiology. 2001; 112: 713–719. DOI: https://doi.org/10.1016/S1388-2457(00)00527-7

11. Moritz S., Kasprzak P., Arlt M., et al. Accuracy of cerebral monitoring in detecting cerebral ischemia during carotid endarterectomy: a comparison of transcranial Doppler sonography, near-infrared spectroscopy, stump pressure, and somatosensory evoked potentials. Anesthesiology. 2007; 107 (4): 563–569. DOI: https://doi.org/10.1097/01.anes.0000281894.69422.ff

12. Yun W.-S. Cerebral monitoring during carotid endarterectomy by transcranial Doppler ultrasonography. Annals of Surgical Treatment and Research. 2017; 92 (2): 105–109. DOI: https://doi.org/10.4174/astr.2017.92.2.105

13. Whittemore A.D., Kaufman J.L., Kohler T.R., Mannick J.A. Routine electroencephalographic (EEG) monitoring during carotid endarterectomy. Annals of Surgery. 1983; I97 (6): 7O7–7I3. DOI: https://doi.org/10.1097/00000658-198306000-00009

14.  Leopardi M., Musilli A., Piccolo E., et al. Multimodal Neurophysiological Monitoring Reduces Shunt Incidence during Carotid Endarterectomy. Annals of Vascular Surgery. 2019; 61: 178–184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.avsg.2019.04.017

15. Nwachuku E.L., Balzer J.R., Yabes J.G., et al. Thirumala Diagnostic value of somatosensory evoked potential changes during carotid endarterectomy: a systematic review and meta-analysis. JAMA Neurology. 2015; 72 (1): 73–80. DOI: https://doi.org/10.1001/jamaneurol.2014.3071

16. Malcharek M.J., Kulpok A., Deletis V., et al. Intraoperative multimodal evoked potential monitoring during carotid endarterectomy: a retrospective study of 264 patients. Anesthesia & Analgesia. 2015; 120 (6): 1352–1360. DOI: https://doi.org/10.1213/ANE.0000000000000337

17. Cho I., Smullens S.N., Streletz L.J., Fariello R.G. The value of intraoperative EEG monitoring during carotid endarterectomy. Annals of Neurology. 1986; 20 (4): 508–512. DOI: https://doi.org/10.1002/ana.410200411

18. Cao P., Giordano G., Zannetti S., et al. Transcranial Doppler monitoring during carotid endarterectomy: is it appropriate for selecting patients in need of a shunt? Journal of Vascular Surgery. 1997; 26 (6): 973–979. DOI: https://doi.org/10.1016/s0741-5214(97)70009-0

В соответствии с проведенным ROC-анализом представленные предикативные модели обладали высокой предсказательной способностью в отношении прогнозирования интраоперационной репозиции ВПШ. На основе применения как комплекса ИОМ (ССВП, ЭЭГ и ТКДГ) AUC [95% доверительный интервал (ДИ) 0,928 (0,855-1)], так и при исключении оценки индекса медленноволновой активности ИОМ (ССВП и ТКДГ) AUC [95% ДИ 0,909 (0,833-0,985)] выявлены сопоставимые значения площади под ROC-кривой. Пороговое значение предиктивной модели для ИОМ (ССВП, ЭЭГ и ТКДГ) составило 0,37, где чувствительность и специфичность - 83%

В связи с этим для оптимизации протокол применения ИОМ с использованием ВШ был сокращен до оценки изменения 2 диагностических параметров (ССВП и ТКДГ).

Обсуждение

Применение ИОМ при операциях на сонных артериях имеет длительную историю. Начиная с 1950 г. в практику вошло использование СВП и была доказана диагностическая значимость данного метода [15]. Были опубликованы работы по оценке чувствительности и специфичности применения ЭЭГ и ССВП [16, 17].

В 1997 г. проводилась работа по оценке информативности ТКДГ как дополнительного способа в решении вопроса об установке ВПШ на этапе пробного пережатия сонных артерий [18]. В 2019 г. было опубликовано ретроспективное исследование совместной оценки применения ТКДГ (или ЭЭГ) и РД/ССВП и РАД при КЭАЭ, продемонстрировавшее сопоставимую значимость указанных сочетаний методов ИОМ в прогнозировании рисков развития ИИ [14].

Также одним из методов выбора в решении вопроса о необходимости постановки ВПШ при операциях на сонных артериях является применение церебральной оксиметрии [9], посредством которой возможно оценить оксидативный статус (насыщение гемоглобина кислородом) крови церебральных сосудов. Исследование применяют для мониторинга выраженности церебральной ишемии и толерантности к гипоксии головного мозга. В основе метода лежит принцип оптической спектроскопии с применением инфракрасного света с диапазоном от 650 до 1100 нм. Насыщение головного мозга кислородом определяют в покое в положении лежа при дыхании атмосферным воздухом на всех этапах хирургического лечения в режиме непрерывного мониторинга.

Тем не менее, несмотря на многочисленность различных публикаций, сегодня остается спорным вопрос о выборе методов ИОМ и их информативности в диагностике развития интраоперационных ишемических осложнений при КЭАЭ.

Применение методов ИОМ и селективный подход к постановке ВПШ обладало удовлетворительной прогностической значимостью для снижения ишемических повреждений головного мозга при условии продолженного ИОМ на протяжении всего оперативного вмешательства.

Снижение частоты развития транзиторных ишемических атак и ИИ, полученное в исследовании, при выполнении ИОМ согласуется с исследованиями других авторов [5, 15, 16], демонстрируя эффективность селективного подхода к постановке ВПШ.

В работе H. Liu была продемонстрирована зависимость снижения качества ложноотрицательных результатов ИОМ от опыта нейрофизиолога и стандартизации подхода к нейрофизиологическому контролю, что соотносится с полученными нами данными [5].

Увеличение количества постановки ВПШ в нашем исследовании, вероятно, связано с приверженностью критериям, согласно которым достаточно констатации изменения только одной из модальностей при ИОМ до уровня, определяющего критическое падение перфузии. Не исключено, что пересмотр критериев и ориентация на комбинацию 2 из 3 модальностей как диагностически значимых для решения вопроса о постановке ВПШ может привести к снижению его применения [17, 18]. Тем не менее важным является факт необходимости непрерывного мониторирования на протяжении всего оперативного вмешательства, что позволяет снизить риски интраоперационных ишемических событий.

Очевидно, что микроэмболии во внутричерепные артерии, развивающиеся в ходе оперативного вмешательства, не могут быть предотвращены при любом ИОМ, однако сочетание электрофизиологических методов контроля с ультразвуковыми помогают верифицировать их развитие и частоту.

Заключение

Посредством комбинированного нейромониторинга при выполнении КЭАЭ в условиях общей анестезии возможно верифицировать критическое снижение церебральной перфузии, определить интраоперационные показания к постановке ВПШ, следствием чего является снижение частоты неврологических осложнений.

Комментарий редакции

Необходимо отметить следующее: большинство современных публикаций свидетельствует о том, что основным патогенетическим механизмом развития ИИ при операции КЭАЭ является артерио-артериальная эмболия. Именно поэтому прослеживается тенденция к отказу от постановки ВПШ. Кроме того, наиболее признанным методом контроля за развитием ишемии мозга при КЭАЭ сегодня считается метод церебральной оксиметрии.

Не исключено, что полученные авторами результаты связаны в том числе и с тем, что значительная часть больных (20%) на момент выполнения операции были симптомными.

Редакция выражает надежду на продолжение исследований по данному вопросу.

Литература

1. Покровский А.В., Ивандаев А.С. Состояние сосудистой хирургии в России. М. 2017; 14.

2.  Усачев Д.Ю., Лукшин В.А., Яковлев С.Б. и др. Двадцатилетний опыт хирургического лечения стенозирующей и окклюзирующей патологии брахиоцефальных артерий в ФГАУ "Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко". Вопросы нейрохирургии имени Н.Н. Бурденко. 2020; 84 (3): 6-20. DOI: https://doi.org/10.17116/neiro2020840316

3. Национальные рекомендации по ведению пациентов с заболеваниями брахиоцефальных артерий. М. 2013; 72.

4. Oates C., Naylor A.R., Hartshorne T., et al. Reporting carotid ultrasound investigations in the United Kingdom. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 2009; 37: 251-261. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2008.10.015

5. Liu H., Williams E.S., Di Giorgio A.M. Protocol for electrophysiological monitoring of carotid endarterectomies. Journal of Biomedical Research. 2010; 24 (6): 460-466. DOI: https://doi.org/10.1016/S1674-8301(10)60061-9

6. Halsey J.H. Risks and benefits of shunting in carotid endarterectomy. The International Transcranial Doppler Collaborators. Stroke. 1992; 23: 1583-1587.

7. Шевченко Ю.Л., Кузнецов А.Н., Кучеренко С.С. и др. Клиническая безопасность открытых и эндоваскулярных вмешательств на сонных артериях. Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2012; 7 (4): 11-16.

8. Arning C., Widder B., von Reutern G.M., et al. Revision of DEGUM ultrasound criteria for grading internal carotid artery stenoses and transfer to NASCET measurement. Ultraschall in der Medizin. 2010; 31 (3): 251-257. DOI: https://doi.org/1055/s-0029-1245336

9. Вачев А.Н., Прожога М.Г., Дмитриев О.В. Защита головного мозга от ишемии при операции каротидной эндартерэктомии. Ангиология и сосудистая хирургия. 2020; 26 (1): 96-101. DOI: https://doi.org/10.33529/ANGI02020109

10. Oostenveld R., Praamstra P. The five percent electrode system for high-resolution EEG and ERP measurements. Clinical Neurophysiology. 2001; 112: 713-719. DOI: https://doi.org/10.1016/S1388-2457(00)00527-7

11. Moritz S., Kasprzak P., Arlt M., et al. Accuracy of cerebral monitoring in detecting cerebral ischemia during carotid endarterectomy: a comparison of transcranial Doppler sonography, near-infrared spectroscopy, stump pressure, and somatosensory evoked potentials. Anesthesiology. 2007; 107 (4): 563-569. DOI: https://doi.org/10.1097/01.anes.0000281894.69422.ff

12. Yun W.-S. Cerebral monitoring during carotid endarterectomy by transcranial Doppler ultrasonography. Annals of Surgical Treatment and Research. 2017; 92 (2): 105-109. DOI: https://doi.org/10.4174/astr.2017.92.2.105

13. Whittemore A.D., Kaufman J.L., Kohler T.R., Mannick J.A. Routine electroencephalographic (EEG) monitoring during carotid endarterectomy. Annals of Surgery. 1983; I97 (6): 7O7-7I3. DOI: https://doi.org/10.1097/00000658-198306000-00009

14.  Leopardi M., Musilli A., Piccolo E., et al. Multimodal Neurophysiological Monitoring Reduces Shunt Incidence during Carotid Endarterectomy. Annals of Vascular Surgery. 2019; 61: 178-184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.avsg.2019.04.017

15. Nwachuku E.L., Balzer J.R., Yabes J.G., et al. Thirumala Diagnostic value of somatosensory evoked potential changes during carotid endarterectomy: a systematic review and meta-analysis. JAMA Neurology. 2015; 72 (1): 73-80. DOI: https://doi.org/10.1001/jamaneurol.2014.3071

16. Malcharek M.J., Kulpok A., Deletis V., et al. Intraoperative multimodal evoked potential monitoring during carotid endarterectomy: a retrospective study of 264 patients. Anesthesia & Analgesia. 2015; 120 (6): 1352-1360. DOI: https://doi.org/10.1213/ANE.0000000000000337

17. Cho I., Smullens S.N., Streletz L.J., Fariello R.G. The value of intraoperative EEG monitoring during carotid endarterectomy. Annals of Neurology. 1986; 20 (4): 508-512. DOI: https://doi.org/10.1002/ana.410200411

18. Cao P., Giordano G., Zannetti S., et al. Transcranial Doppler monitoring during carotid endarterectomy: is it appropriate for selecting patients in need of a shunt? Journal of Vascular Surgery. 1997; 26 (6): 973-979. DOI: https://doi.org/10.1016/s0741-5214(97)70009-0

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

п?? GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems п?? including machine learning models and neural networks п?? is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.