Die zerebrale Mikrodialyse – der Blick hinter die Blut-Hirn-Schranke direkt am neurochirurgischen Intensivbett bei Patienten nach aneurysmatischer Subarachnoidalblutung // Cerebral microdialysis

Journal für Neurologie, Neurochirurgie und Psychiatrie 2022; 23 (1): 10-15

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Keywords: Ischämie,  Mikrodialyse,  multimodales Neuromonitoring,  Neurochirurgie,  Pharmakokinetik,  Subarachnoidalblutung,  ischemia,  microdialysis,  multimodality neuromonitoring,  neurosurgery,  pharmacokinetics,  subarachnoid hemorrhage

Cerebral microdialysis is a minimally invasive procedure to determine virtually any compound in-vivo behind the blood-brain barrier. A thin microcatheter is placed directly in the brain parenchyma, which communicates with the cerebral interstitial fluid via a semipermeable membrane in similar to a blood capillary. The microdialysis technique allows to collect any extracellular low molecular weight substance, including metabolites, prognostic factors and administered drugs beyond the blood-brain barrier.
At the neurosurgical intensive care unit the microdialysis procedure is primarily used in patients suffering from severe subarachnoid hemorrhage. In clinical routine, the metabolites glucose, lactate, pyruvate, glutamate, and glycerol are determined within the brain parenchyma. In the sedated and mechanically ventilated intensive care patient, these metabolites allow an early detection of secondary ischemic events and thus providing an adequate time window to initiate therapeutic interventions. Furthermore, the individual metabolic response to targeted therapy can be evaluated and therapeutic strategies readapted on an individual basis to improve cerebral metabolism. Additionally, the routinely determined metabolites are prognostic markers for the patients’ functional outcome. Novel cerebral metabolites might provide new insights into pathophysiological processes following cerebral diseases.
Using the microdialysis technique pharmacokinetics/pharmacodynamics of drugs can be determined in vivo directly within the brain parenchyma. Thereby, the unbound interstitial – and thus pharmacologically active – drug concentration beyond the blood-brain barrier is measured.
In conclusion, cerebral microdialysis is an excellent technique for early detection of cerebral ischemia and individual adaptation of targeted therapies according to the current metabolic situation. As a unique research tool it provides insight into cerebral pharmacokinetic of drugs and might enhance our understanding of ongoing pathophysiological processes beyond the blood-brain barrier.

Kurzfassung: Die zerebrale Mikrodialyse ist ein minimal-invasives Verfahren, um direkt am Patientenbett Substanzen im Hirnparenchym innerhalb der Blut-Hirn-Schranke zu bestimmen. Hierfür wird ein dünner Katheter im Gehirnparenchym platziert, welcher über eine semipermeable Membran wie eine Blutkapillare mit der umliegenden interstitiellen Flüssigkeit kommuniziert. Mit Hilfe dieses Verfahrens können jegliche extrazelluläre niedermolekulare Substanzen einschließlich Metaboliten, Prognosefaktoren und verabreichte Arzneimittel hinter der Blut-Hirn-Schranke bestimmt werden.
An der neurochirurgischen Intensivstation kommt dieses Verfahren vor allem bei Patienten nach schwerer aneurysmatischer Subarachnoidalblutung zur Anwendung. Routinemäßig werden im Hirnparenchym die Metaboliten Glukose, Laktat, Pyruvat, Glutamat und Glycerol zur Bestimmung der vorherrschenden zerebralen Stoffwechsellage gemessen. Beim sediert-beatmeten Intensivpatienten ermöglichen diese Metaboliten eine frühzeitige Detektion von Sekundärischämien und eröffnen somit dem Behandlungsteam ein angemessenes Zeitfenster zur Einleitung adäquater therapeutischer Interventionen. Außerdem kann das individuelle Ansprechen auf Interventionen anhand der aktuellen Stoffwechsellage überprüft und ggf. maßgeschneidert adaptiert werden. Zusätzlich dienen die routinemäßig erhobenen Metaboliten der zerebralen Mikrodialyse als prognostische Marker für den neurologischen Outcome. Neue Metaboliten geben tiefe Einblicke in ablaufende pathophysiologische Prozesse.
Mittels zerebraler Mikrodialyse kann auch die Pharmakokinetik/Pharmakodynamik von Arzneimitteln in vivo direkt im Hirnparenchym bestimmt werden. Hierbei misst die Mikrodialyse die ungebundene interstitielle – und somit pharmakologisch aktive – Konzentration von Arzneimitteln jenseits der Blut-Hirn Schranke.
Zusammenfassend ist die zerebrale Mikrodialyse ein ausgezeichnetes Verfahren zur frühzeitigen Detektion von Ischämien und individueller Adaptation von Therapien an die aktuelle zerebrale Stoffwechsellage. Zusätzlich bietet sie als einzigartiges Forschungsinstrument nicht nur Einblicke in die zerebrale Pharmakokinetik von Arzneimitteln, sondern verbessert auch unser Verständnis von pathophysiologischen Prozessen hinter der Blut-Hirn-Schranke.