Carotid Stenosis, Endarterectomy, and the Brain : Brain microcirculation, diffusion, and cognitive function before and after carotid endarterectomy in patients with a high-grade carotid stenosis

Carotid atherosclerotic disease is a major cause of stroke, but it may remain clinically asymptomatic. The factors that turn the asymptomatic plaque into a symptomatic one are not fully understood, neither are the subtle effects that a high-grade carotid stenosis may have on the brain. The purpose of this study was to evaluate brain microcirculation, diffusion, and cognitive performance in patients with a high-grade stenosis in carotid artery, clinically either symptomatic or asymptomatic, undergoing carotid endarterectomy (CEA). We wanted to find out whether the stenoses are associated with diffusion or perfusion abnormalities of the brain or variation in the cognitive functioning of the patients, and to what extent the potential findings are affected by CEA, and compare the clinically symptomatic and asymptomatic subjects as well as strictly healthy controls. Coagulation and fibrinolytic parameters were compared with the rate microembolic signals (MES) in transcranial Doppler (TCD) and the macroscopic appearance of stenosing plaques in surgery. Patients (n=92) underwent CEA within the study. Blood samples pertaining to coagulation and fibrinolysis were collected before CEA, and the subjects underwent repeated TCD monitoring for MES. A subpopulation (n= 46) underwent MR imaging and repeated neuropsychological examination (preoperative, as well 4 and 100 days after CEA). In MRI, the average apparent diffusion coefficients were higher in the ipsilateral white matter (WM), and altough the interhemispheric difference was abolished by CEA, the levels remained higher than in controls. Symptomatic stenoses were associated with more sluggish perfusion especially in WM, and lower pulsatility of flow in TCD. All patients had poorer cognitive performance than healthy controls. Cognitive functions improved as expected by learning effect despite transient postoperative worsening in a few subjects. Improvement was greater in patients with deepest hypoperfusion, primarily in executive functions. Symptomatic stenoses were associated with higher hematocrit and tissue plasminogen activator antigen levels, as well as higher rate of MES and ulcerated plaques, and better postoperative improvement of vasoreactivity and pulsatility. In light of the findings, carotid stenosis is associated with differences in brain diffusion, perfusion, and cognition. The effect on diffusion in the ipsilateral WM, partially reversible by CEA, may be associated with WM degeneration. Asymptomatic and symptomatic subpopulations differ from each other in terms of hemodynamic adaptation and in their vascular physiological response to removal of stenosis. Although CEA may be associated with a transient cognitive decline, a true improvement of cognitive performance by CEA is possible in patients with the most pronounced perfusion deficits. Mediators of fibrinolysis and unfavourable hemorheology may contribute to the development of a symptomatic disease in patients with a high-grade stenosis.

Kaulavaltimoiden ateroskleroottinen ahtautuminen on tärkeä aivohalvauksen syy, mutta enemmistö ahtaumista ei aiheuta halvausta. Syyt, jotka tekevät kaulavaltimoplakista vaarallisen, tunnetaan puutteellisesti, samoin kuin ne mahdolliset muut vaikutukset, joita tiukalla ahtaumalla voi aivojen kannalta olla. Työn tarkoituksena oli tutkia aivojen perfuusiota eli mikroverenkiertoa, solutason diffuusiota ja kognitiivista suoriutumista potilailla, joiden tiukka kaulavaltimoahtauma poistettiin leikkauksella. Tavoitteina oli selvittää, liittyykö kaulavaltimoita ahtauttavaan tautiin aivojen diffuusion, perfuusion tai kognitiivisten toimintojen muutoksia, ja miten leikkaushoito vaikuttaa näihin ja verisuonten reaktiviteettiin, sekä verrata oireisten ja oireettomien löydöksiä keskenään mukaan lukien veren hyytymiseen ja hyytymän liukenemiseen liittyviä tekijöitä. Potilaiden diffuusio- ja kognitiolöydöksiä verrattiin terveiden henkilöiden arvoihin. Potilaiden kognitiivinen suoriutuminen oli kauttaaltaan alempi kuin täysin terveillä ikätovereilla. Ahtauman puoleisessa aivopuoliskossa todettiin magneettikuvauksella toista puolta korkeammat ns. näennäiset diffuusiovakiot aivojen valkeassa aineessa sekä hitaampi aivoperfuusio, ja nämä poikkeamat korjautuivat leikkauksen jälkeen. Diffuusiovakiot jäivät kuitenkin korkeammiksi kuin terveillä ikätovereilla. Neuropsykologinen suoriutuminen parani potilailla toistomittauksissa kuten terveillä, mutta osalla todettiin väliaikainen kognitiivinen heikkenemä heti leikkauksen jälkeen. Kognitiiviset toiminnot kohenivat pit-källä tähtäimellä enemmän niillä, joilla oli näkyvä aivoperfuusion vajaus ennen leikkausta, ja ensisijaisesti muutos tapahtui toiminnanohjauksessa. Näkyvä perfuusiovajaus oli yleisempää oireita aiheuttaneissa ahtaumissa. Oireilleilla oli myös korkeampi punasolujen tilavuusosuus ja kudosplasminogeenin aktivaattorin antigeeni veressä sekä useammin mikroveritulppia kuvaavia ultraäänisignaaleja aivoverenkierrossa kuin oireettomilla. Tulosten valossa tiukka kaulavaltimoahtauma vaikuttaa aivojen diffuusioon, perfuusioon ja kognitiivisiin toimintoihin kliinisistä oireista riippumattakin. Aivojen valkeaan aineeseen aiheutuva diffuusio muutos on samansuuntainen kuin valkean aineen degeneraatiossa, ja muutos korjaantuu osittain ahtauman kirurgisella hoidolla. Oireiset potilaat eroavat oireettomista hemodynamiikaltaan, ja leikkaus hyödyttää heitä enemmän parantuneen hemodynamiikan ja verisuoniston reaktiivisuuden muodossa. Vaikka potilailla on yleisesti alempi kognitiivinen suoritustaso täysin terveisiin verrattuna ja kirurgiseen hoitoon liittyy pieni ohimenevän kognitiivisen haitan riski, jopa kognitiivinen koheneminen on mahdollista potilailla, joiden perfuusiovajaus on suurin. Veren epäedulliset virtausominaisuudet ja fibrinolyysiin liittyvät tekijät saattavat vaikuttaa oireiden ilmaantumiseen näillä potilailla.