Identificazione dei fattori di rischio di danno neurologico in pazienti con cardiopatie congenite sottoposti a intervento cardiochirurgico in bypass cardiopolmonare in età pediatrica

Background. Severe congenital heart disease (CHD) requires cardiac surgery on cardiopulmonary bypass (CPB). CPB run can cause neurological damage due to cerebrovascular and anoxic events. Aim of this study was to determine whether changes in glial fibrillary protein (GFAP) plasma level, as marker of neurologic insult, correlate with surgical parameters and with timing and severity of long-term neurodevelopmental outcome. Material and methods. We studied infants with CHD who required elective cardiac surgery on CPB within the first year of life. Each infant underwent pre- and post-surgery neurological assessment and a neurodevelopmental follow-up 18 months after surgery. We measured plasma GFAP levels by ELISA at the following steps: pre-anesthesia, CPB start, end of hypothermia, end of rewarming, end of CPB and at 6, 12 and 24 hours in intensive care unit. Results. Forty-nine infants with biventricular CHD were studied from 2021 to 2023 at the Pediatric Cardiovascular Surgery Unit in Padova. A control group (N=9) included aortic coartation who had surgery without CPB. GFAP level in CHD infants was low before surgery and it peaked at the end of hypothermia or rewarming phase to then decrease to pre-surgery values during the first 6 hours of CICU stay. In the control group GFAP level did not change significantly during surgery. Median (interquartile range) of maximum GFAP (GFAP Max) level was 0.450 (0.300 – 1.245) ng/mL. Infants with transposition of great arteries (TGA) had significantly higher median level of GFAP measured at the end of hypothermia and of rewarming and a higher GFAP Max compared to the other CHDs (all p<0.05). Infants with Tetralogy of Fallot had GFAP values comparable to those found in controls. GFAP increase values correlated with surgery length (ρs=0.517; p<0.001), CPB length (ρs=0.341; p=0.018), hypothermia length (ρs=0.420; p=0.003), temperature nadir (ρs=-0.417, p=0.003), minimum temperature length (ρs=-0.293; p=0.044) and clamping length (ρs=0.389; p=0.004). The results of the neuropsychological evaluation conducted following surgery demonstrated a statistically significant correlation between the Griffiths Score and the duration of the warm-up (ρs=0.378, p=0.033) as well as the mean value of the NIRS during CPB (ρs=0.412, p=0.019). Conclusion. Infants with TGA showed the highest GFAP value during CPB. In all CHD infants, temperature nadir inversely correlated with GFAP and hypothermia is the most critical CPB phase for GFAP increase. The long term neurodevelopmental follow-up is ongoing and will assess if GFAP level could be an early biomarker of neurodevelopmental impairment in CHD infants.

Background. Le cardiopatie congenite (CHD) severe richiedono nel primo anno di vita un intervento chirurgico correttivo con bypass cardiopolmonare (CPB). L’esecuzione del CPB può causare danni neurologici a causa di eventi cerebrovascolari e anossici. Obiettivo: Determinare se le variazioni del livello plasmatico di un marcatore di danno neurologico, quale la proteina fibrillare acida della glia (GFAP), siano correlate con i parametri chirurgici. Stabilire il valore prognostico del marker di danno neurologico GFAP, misurato in sede di intervento, in merito all’outcome di neurosviluppo a breve termine. Materiale e metodi. Abbiamo studiato bambini con CHD che hanno richiesto un intervento cardiaco elettivo con CPB entro il primo anno di vita. Ogni bambino è stato sottoposto a valutazione neurologica prima e dopo l’intervento e ad un follow-up del neurosviluppo 18 mesi dopo l’intervento. Abbiamo misurato i livelli plasmatici di GFAP mediante ELISA nelle seguenti fasi: pre-anestesia, inizio del CPB, fine dell’ipotermia, fine del riscaldamento, fine del CPB e poi a 6, 12 e 24 ore in terapia intensiva. Risultati. Quarantanove bambini con CHD sono stati studiati dal 2021 al 2023 presso l’Unità Operativa Complessa di Cardiochirurgia Pediatrica di Padova. Il gruppo di controllo (N=9) comprendeva bambini con coartazione aortica operati senza CPB. Il livello di GFAP nei neonati con cardiopatie congenite era basso prima dell’intervento chirurgico e raggiungeva un picco alla fine dell’ipotermia o del riscaldamento per poi diminuire e ritornare ai valori precedenti all’intervento nelle prime 6 ore di degenza in CICU. Nel gruppo di controllo il livello di GFAP non cambi significativamente durante l’intervento. La mediana (range interquartile) del livello massimo di GFAP (GFAP Max) è di 0.450 (0.300 – 1.245) ng/mL. I neonati con trasposizione delle grandi arterie (TGA) presentano un livello mediano di GFAP significativamente più alto al termine dell’ipotermia e del riscaldamento e un GFAP Max più elevata rispetto alle altre cardiopatie congenite (p<0.05). I neonati con Tetralogia di Fallot (TOF) hanno valori di GFAP paragonabili a quelli riscontrati nei controlli. I valori di incremento di GFAP sono correlati alla durata dell’intervento (ρs=0.517; p<0.001), alla durata del CPB (ρs=0.341; p=0.018), alla durata dell’ipotermia (ρs=0.420; p=0.003), al nadir della temperatura (ρs=-0.417, p=0.003), alla durata della temperatura minima (ρs=-0.293; p=0.044) e alla durata del clampaggio (ρs=0.389; p=0.004). La valutazione neuropsicologica dopo l’intervento si è mostrata statisticamente rilevante per quanto riguarda la correlazione tra il Griffiths Score con la durata del riscaldamento (ρs=0.378, p=0.033) e il valore medio della NIRS durante la CPB (ρs=0.412, p=0.019). Conclusioni. I neonati con TGA hanno mostrato il valore più alto di GFAP durante la CPB. In tutti i neonati con CHD, il nadir della temperatura è inversamente correlato al livello di GFAP e l’ipotermia è la fase del CPB più critica per l’aumento della proteina GFAP. Il follow-up del neurosviluppo a 18 mesi è ancora in corso e valuterà se il livello di GFAP possa essere un biomarcatore precoce di compromissione del neurosviluppo a lungo termine nei neonati con CHD.