Acute mild traumatic brain injury, pre-injury health and structural imaging findings

Abstract

Lievät aivovammat ovat yleisiä ja muodostavat suuren haasteen terveydenhuollolle. Lievän aivovamman toipumisennuste vaihtelee, suurelta osin vammaa edeltävistä yksilöllisistä eroista, jotka tunnetaan puutteellisesti. Muiden erityispiirteiden, kuten neurodegeneratiivisten sairauksien, aivoatrofian tai kroonisen alkoholin liikakäytön, vaikutus traumaattisiin kallonsisäisiin vaurioihin tunnetaan huonosti. Yksilöllisten tekijöiden, kuten iän ja vammamekanismin, sekä tietokonetomografialöydösten välisten yhteyksien suhteellista voimakkuutta ei tunneta. Vakavat komplikaatiot (kallonsisäinen verenvuoto, aivoturvotus) ovat harvinaisia lievän aivovamman jälkeen, mutta niiden ilmaantuvuutta normaalin pään tietokonetomografian (TT) ei tiedetä tarkasti. Common Data Elements (CDE) ovat tutkimustyöhön kehitettyjä vakiomuuttujia, joiden taustalla on pyrkimys dokumentoida tutkimustietoa systemaattisesti ja vakioimaan heterogeenisyyttä aivovammatutkimuksessa.

Väitöskirjan päätavoite oli kuvailla päävammapotilaiden vammaa edeltävää terveydentila sekä kallonsisäisten akuuttien ja kroonisten löydösten tyypit sekä sijainnit (osatyöt I ja II). Osatyössä II käytettiin luokittelussa CDE-viitekehystä. Lisäksi tutkittiin erilaisten sisäänottokriteerien vaikutusta potilasaineistoon (osatyö I). Osatyön II tavoitteena oli selvittää, onko tietyillä aivosairauksilla yhteyttä aivovamman vakavuusasteeseen. Viivästyneiden komplikaatioiden ilmaantuvuutta tutkittiin osatyössä III.

Tutkimusaineisto koostui kaikista TT-kuvatuista päävammapotilaista, joita oli hoidettu Tampereen yliopistollisen sairaalan päivystyspoliklinikalla 2010-2012. Vammaan ja potilaaseen liittyvät tiedot (esim. ikä, sukupuoli, perussairaudet ja lääkitykset) selvitettiin sairauskertomustiedoista. Osatyössä I selvitettiin erilaisten sisäänottokriteerien vaikutusta aivovammatutkimuksessa valikoimalla alaryhmä työikäisiä potilaita, joilla ei ollut vammaa edeltäviä (mielen)terveysongelmia. Sisäänottokriteerit olivat: lievä aivovamma, ikä 18-60 vuotta ja asuminen sairaanhoitopiirin alueella. Poissulkukriteerit olivat vammaa neurologinen tai psykiatrinen sairaus, aikaisempi aivovamma tai neurokirurginen toimenpide, psyykenlääkkeiden käyttö, näkö- tai kuulovamma, jokin muu kieli kuin suomi äidinkielenä, yli 72 tuntia vamman ja päivystyshoidon välillä ja/tai kieltäytyminen tutkimuksesta.

Osatyön III aineiston muodostivat kaikki potilaat, joiden pään TT:ssä ei ollut vammalöydöksiä, riippumatta aivovamman vakavuudesta. Potilasasiakirjat käytiin läpi, jotta mahdolliset pään kuvauksesta 72 tunnin kuluessa ilmaantuvat komplikaatiot havaittaisiin. Komplikaation mahdollisena merkkinä pidettiin uutta pään TT:tä, kuolemaa tai uutta käyntiä päivystyksessä Pään TT-kuvat analysoitiin systemaattisesti CDE-viitekehyksen mukaan. Traumaattisten kallonsisäisten muutosten riskitekijöitä arvioitiin logistisella regressioanalyysillä.

Kaikista potilaista 1 990:lla (66 %) oli lievä aivovamma, 257:llä (9 %) oli vakavampi aivovamma ja 776:lla (26 %) oli päävamma ilman selviä aivovamman merkkejä. Yleisimmät vammaa edeltävät sairaudet olivat sydän- ja verisuonitauteja (39-43 %), neurologisia (24-25 %) ja psykiatrisia (26-28 %) sairauksia. Alkoholin liikakäyttöä oli 18-27 %:lla. Yleisimmät lääkitykset olivat sydän- ja verisuonitauteihin (33,1-36,6%), keskushermostoon (21-31 %) tai veren hyytymiseen tai anemiaan vaikuttavia lääkkeitä (22-23 %).

Suurella osalla lievän aivovamman saavista potilaista on jokin edeltävä sairaus, joka voi vaikuttaa toipumiseen. Vain 2,5% kaikista potilaista täytti kaikki sisäänottokriteerit. Ikä, neurologiset ja psykiatriset sairaudet olivat yleisimmät poissulkusyyt. Krooniset aivomuutokset olivat yleisiä kuvantamislöydöksiä, ja niiden yleisyys kasvoi iän myötä.

Yleisimmät traumaattiset muutokset olivat kovakalvonalaiset verenvuodot, lukinkalvonalaiset verenvuodot ja aivoruhjeet. Joka kuudennella lievän ja viidellä kuudesta vakavamman aivovamman saaneista oli jokin traumaattinen löydös. Vanha traumaattinen aivomuutos oli yhteydessä kasvaneeseen riskiin saada uusi traumaattinen muutos. Matalampi GCS, miessukupuoli, ikä ja krooninen alkoholin liikakäyttö olivat yhteydessä kasvaneeseen riskiin saada traumaattinen aivomuutos lievän aivovamman yhteydessä.

Valtaosa (n=1 811, 74 %) potilaista, joilla ei ollut pään TT:ssä traumaattisia muutoksia, kotiutettiin ja uusi pään TT tehtiin 12:lle päivystykseen palanneelle potilaalle. Näistä yhdelläkään ei ollut aivovammamuutoksia. Osastolle otetuista 632:sta (26 %) potilaasta 46:lle tehtiin uusi pään TT. Yhdellä potilaalla oli traumaattinen kuvantamislöydös. Vamma ei vaatinut neurokirurgista toimenpidettä. Komplikaatioaste oli 0,04 % ja kuolleisuus 0 %. Lieväksi aivovammaksi luokiteltujen aivovammojen patologiset muutokset ovat vaihtelevia. Poissulkemalla potilaat, joilla on jokin vammaa edeltävä sairaus, toipumiseen vaikuttavat vammaa edeltävät tekijät jäävät puutteellisesti tutkituiksi. Tämän tutkimuksen valikoimattoman potilasaineiston perusteella normaaliksi jäävä pään TT riittää poissulkemaan tulevat komplikaatiot päävamman jälkeen.

Mild traumatic brain injury (MTBI) is a major public health problem. Outcome from MTBI is heterogeneous, largely due to individual pre-injury differences that remain incompletely described or understood. The effects of other characteristics, such as neurodegenerative diseases, brain atrophy, or chronic alcohol abuse on risk for traumatic intracranial lesions are not well known. Moreover, the relative strength of association of individual characteristics, such as age and cause of injury, with CT findings is not well understood. Severe complications (intracranial bleeding, brain edema) are rare after mild brain injury, but their incidence and severity after a normal head CT are not well known. Common Data Elements (CDEs) were developed to systematically document findings and control for heterogeneity in traumatic brain injury (TBI).

The main objective of this thesis was to describe the pre-injury health characteristics as well as the type and location of intracranial abnormalities (both acute and chronic) in patients who sustained head injury (HI) (studies I and II), using the CDE framework in study II. Additionally, the effect of different exclusion criteria on the patient enrollment in MTBI studies was evaluated (study I). The aim of study II was to assess whether certain pre-existing cerebral diseases are associated with greater injury severity. The incidence of delayed complications in acute HI patients after a normal head CT was examined in study III.

The patient pool included all patients who were treated at the emergency department (ED) of the Tampere University Hospital (2010-2012) and who underwent head CT after a HI (N=3,023). Injury-related data and participant-related data (e.g., age, sex, diagnosed diseases, and medications) were collected from hospital records. In study I, the effect of different patient enrollment criteria in MTBI studies was evaluated by selecting a subset of working age adults with no pre-injury medical or mental health problems. Inclusion criteria were: a HI fulfilling the criteria for MTBI, age 18-60 years, and residency within the hospital district. Exclusion criteria were premorbid neurological or psychiatric problems, past TBI or neurosurgical operations, psychoactive medication use, problems with vision or hearing, first language other than Finnish, ED admission after 72 hours from the injury, and/or refusal to participate in the study.

Study III included all HI patients (n=2,444) with a normal head CT. The medical records were reviewed to identify the individuals with a clinically significant complication related to the primary HI within 72 hours of the primary head CT. A repeated head CT, death, or return to the ED were indicative of a possible complication. CT scans were systematically analyzed and coded using the TBI CDE framework. The risk factors for traumatic intracranial abnormalities in MTBIs were quantified by logistic regression modeling.

Of all patients, 1,990 (66%) met the MTBI criteria, 257 (9%) had a more severe TBI, and 776 (26%) had a HI without obvious signs of TBI In these three groups the most common pre-injury diseases were circulatory (39-43%), neurological (24-25%), and psychiatric (26-28%) disorders. Alcohol abuse was present in 18-27%. The most common medications were for cardiovascular (33-37%), central nervous system (21-31%), and blood clotting and anemia indications (22-23%).

Most of the patients who sustained an MTBI had some pre-injury diseases or conditions that could affect clinical outcome. Only 2.5% of the screened patients met all the enrollment criteria. Age, neurological and psychiatric conditions were the most common reasons for exclusion. Pre-existing brain lesions were common in the MTBI patients and the incidence increased with age.

The most common traumatic lesions were subdural hematomas, subarachnoid hemorrhages, and contusions. Every sixth (16%) MTBI patient had an intracranial lesion, compared to 5/6 (86%) in the moderate to severe TBI group. Having a past traumatic lesion was associated with increased risk for an acute traumatic lesion. Lower GCS, male sex, older age, falls, and chronic alcohol abuse were associated with higher risk of acute intracranial lesion in MTBI.

The majority (n=1811, 74%) of the patients with a negative head CT were discharged home. A repeated head CT was performed on 12 (44%) of the returned patients (n=27) and none of the scans revealed an acute lesion. Of the 632 (26%) CT-negative patients admitted to the hospital ward from the ED, a head CT was repeated in 46 (7%) patients and only one patient (0.2%) had a traumatic intracranial lesion. This lesion did not need neurosurgical intervention. The overall complication rate was 0.04% and mortality rate 0%.

The pathological changes seen within the MTBI classification are heterogeneous. By excluding patients with pre-existing conditions, the patients with known risk factors for poor outcome remain poorly studied. This study with unselected HI patients suggests that the probability of delayed life-threatening complications was negligible when the primary CT scan revealed no acute traumatic lesions.