Pediatric Traumatic Brain Injury : Surgical treatment, mortality, and impact on later life

Abstract

Neurokirurgisten interventioiden määrä lasten ja nuorten aivovammojen hoidossa vaihtelee maittain. Aivovammapotilaiden neurokirurgisien toimenpiteiden esiintyvyyttä ei aiemmin ole tutkittu Suomessa kansallisella tasolla. Lasten ja nuorten aivovammat aiheuttavat maailmanlaajuisesti huomattavaa kuolleisuutta ja sairastuvuutta. Tapaturmaperäinen aivovamma on yksi lasten ja nuorten yleisimmistä kuolinsyistä useimmissa korkean tulotason maissa. Vamman pitkäaikaisesta vaikutuksesta kuolleisuuteen sekä tarkemmista vammaan johtaneista kuolinsyistä on vähän kirjallisuutta. Tapaturmaperäinen aivovamma voi aiheuttaa myös kognitiivisen, henkisen ja fyysisen toiminnan häiriöitä, jotka voivat vaikuttaa yksilön elämään vuosia alkuperäisen vamman jälkeen. Vaikka lapsuuden aivovammojen tiedetään olevan yhteydessä heikompaan henkiseen ja fyysiseen toimintakykyyn pitkällä aikavälillä, niiden suora vaikutus koulutustasoon on edelleen epäselvä.

Retrospektiivisen rekisteritutkimuksemme tavoitteena oli arvioida akuuttien neurokirurgisten toimenpiteiden ilmaantuvuutta lasten ja nuorten aivovammojen hoidossa ja tarkastella lapsuuden aivovamman vaikutusta myöhempään elämään. Tutkimuksen I tavoitteena oli arvioida akuutin neurokirurgian ja eri neurokirurgisten toimenpiteiden ilmaantuvuutta. Tutkimuksessa II tavoitteena oli arvioida aivovammapotilaiden pitkäaikaista kokonaiskuolleisuutta ja itsemurhakuolemia suhteessa raajavammoja saaneisiin verrokkipotilaisiin. Suomalaisia varusmiehiä tutkittiin kolmannessa osatutkimuksessa. Tutkimuksessa keskityttiin arvioimaan aivovammapotilaiden asepalvelukseen osallistumistumista, palvelusjaksojen pituutta sekä kognitiivisista testeistä suoriutumista asevelvollisuuden aikana. Pidemmän aikavälin kognitiivisen heikkenemisen arvioimiseksi tutkimuksessa IV verrattiin aivovammapotilaiden seurannanaikana saavuttamaa koulutustasoa raajavammoja saaneeseen verrokkiryhmään.

Potilastiedot kerättiin takautuvasti kansallisesta hoitoilmoitusrekisteristä. Tutkimuspopulaatio (n = 71 972) muodostui 0–17-vuotiaista potilaista, joilla oli hoitoilmoitusrekisterissä jokin traumaperäisen aivovaurion diagnoosikoodi (S06*) kirjattuna. Tutkimuspopulaatiosta muodostettiin tarkemmin määritetyt potilasryhmät osatutkimuksille I, III ja IV. Tutkimuksissa I ja III aivovammapotilaiden rekisteritiedoista poimittiin ne potilaat, joilla aivovammakäyntiin oli liitetty toimenpidekoodeja. Näin tutkittiin toimenpiteiden ilmaantuvuutta tutkimuksessa I sekä konservatiivisesti ja operatiivisesti hoidettujen aivovammojen eroja tutkimuksessa III. Kuolinsyyrekisterin tietoja käytettiin tutkimuksessa II kuolleiden potilaiden sekä kuolinsyiden tunnistamiseen ja edelleen arvioitaessa kokonaiskuolleisuuttta ja itsemurhakuolleisuutta. Tutkimuksissa III ja IV tutkimuspopulaatioiden muodostamiseksi aivovammapotilaiden tietoja verrattiin valtakunnalliseen sotilastietorekisteriin (III) sekä koulutusrekisteriin (IV). Aivovammaryhmä jaettiin aivotärähdyksiin (S06.0) ja muihin kallonsisäisiin vammoihin (S06.1-S06.9) tutkimuksissa II ja IV. Tutkimuksissa II, III ja IV saatuja tuloksia verrattiin vertailuryhmään, joka muodostui samanikäisistä lapsipotilaista, jotka olivat saaneet aivovamman sijaan raajavammoja (n = 64 856).

Tutkimuksessa I neurokirurgisten toimenpiteiden ilmaantuvuus laskettiin käyttämällä Clopper-Pearson Exact -menetelmää ja raportoitiin 100 000 henkilövuotta kohti käyttäen 95% luottamusvälillä (LV). Tutkimuksessa II käytimme Kaplan-Meier-analyysiä ja Restricted Mean Survival Time (RMST) - analyysiä vertaillaksemme kokonaiskuolleisuutta sekä itsemurhakuolemia aivovammojen ja vertailuryhmän välillä. Aivovammaryhmän sisäisesti vertailtiin kuolleisuutta aivotärähdysten ja kallonsisäisten vammojen välillä. Tutkimuksessa III varusmiespalvelusajan pituutta, palveluksen suorittamista, palveluskuntoisuutta verrattiin aivovammojen ja vertailuryhmän välillä logistisesta regressiosta saadulla vetosuhteella (eng. Odds Ratio, OR) 95% luottamusvälillä. Lineaarista regressiota käytettiin analysoimaan ryhmien välistä eroa varusmiespalveluksen perustestin 1 tuloksissa 95%:n luottamusvälillä. Tarkempi ryhmien välinen ero arvioitiin Welchin t-testin avulla. Tutkimuksessa IV suurinta saavutettua koulutustasoa verrattiin kolmen korkeimman koulutason välillä käyttäen vetosuhdetta. Vertailu tehtiin aivovammojen ja vertailuryhmän välillä sekä aivotärähdyksen ja kallonsisäisten vammojen välillä.

Tutkimuksessa I yhteensä 341 potilaalle tehtiin akuutti neurokirurginen toimenpide tapaturmaisen aivovamman vuoksi ja kumulatiivinen ilmaantuvuus oli 1,47 leikkausta 100 000 henkilövuotta kohden. Korkeinta kumulatiivinen ilmaantuvuus oli 16-vuotiaana (4,78 LV 3,68-6,11). Kumulatiivinen ilmaantuvuus myös osoitti, että ikäjakauma operaatioissa oli bi-modaalinen ollen korkea 0–1-vuotiailla, matala 1–13- vuotiailla, nousten uudelleen 14 ikävuoden jälkeen. Pojilla ilmaantuvuus oli 2,42 kertaa suurempi (2,35, LV 1,27 - 3,99) kuin tytöillä (0,97, LV 0,35 - 2,20). Kallonsisäisen verenvuodon neurokirurginen hoito oli yleisin toimenpide seurannan aikana (n = 171, 44,3 %). Tutkimuksessa II havaittiin seuranta-aikana yhteensä 479 kuolemaa aivovammapotilailla (0,67 %, n = 71 963) ja 306 kuolemaa vertailuryhmän potilailla (0,47 % n = 64 848:). Aivovammapotilailla merkittävä osa kuolemista tapahtui ensimmäisen seurantavuoden aikana (28,6 %) verrattuna vertailuryhmään (2,6 %). Aivovammaryhmällä oli hieman lyhyempi keskimääräinen elinaika iällä- ja sukupuolella tasapainotetuissa analyyseissä koko seurantajakson aikana kokonaiskuolleisuudesta (20-vuoden RMST-suhde 0,995, LV 0,994–0,996). Keskimääräinen elinajanodote itsemurhakuolleilla oli hieman lyhyempi aivovammaryhmässä iällä ja sukupuolella tasapainotetuissa analyyseissä (10 vuoden RMST-suhde 0,999, LV 0,999–0,999; 20 vuoden RMST-suhde: 0,999, LV 0,998– 0,999)). Aivovammaryhmän miehistä pienempi osuus (8 507, 66,5 %) suoritti asepalveluksen kuin vertailuryhmässä (14 953, 71,2 %). Vertailuryhmän miehet suorittivat palveluksen loppuun 1.26 kertaa suuremmalla todennäköisyydellä kuin aivovammapotilaat (LV 1,18-1,34). Sekä miehet (OR 1,26, LV 1,18-1,34) että naiset (OR 2,05, LV 1,27-3,36) keskeyttivät palveluksen todennäköisimmin aivovammaryhmässä kuin vertailuryhmässä. Miehillä, joilla oli konservatiivisesti hoidettu aivovamma, palveluaste oli huomattavasti korkeampi (OR 7,20, LV 4,73- 11,1) kuin operatiivisesti hoidetuilla. Silti kaikkiaan 31 (23,3 %) miestä, joilla oli operatiivisesti hoidettu aivovamma, pystyi suorittamaan palvelun. Palvelun aikana kognitiivista suorituskykyä arvioitaessa aivovammaryhmä sai kognitiivisessa peruskokeessa 0,15 pistettä (LV 0,10-0,20, P < 0.05) vähemmän kuin vertailuryhmä. Tutkimuksessa IV aivovammaryhmän koulutustaso oli alhaisempi kuin verrokkiryhmällä, kun verrattiin toisen asteen koulutusta ja korkeakoulutusta (OR 0,85, LV 0,80-0,90). Korkeakoulutasolla aivovammaryhmä jäi todennäköisemmin alemmalle korkeakoulututkinnolle kuin saavutti ylemmän korkeakoulututkinnon (OR 0,81, LV 0,74-0,87). Toissijaisissa analyyseissä potilaat, joilla oli kallonsisäisiä vammoja, jäivät todennäköisemmin toisen asteen koulutukseen kuin saavuttivat korkeakouluasteen verrattuna aivotärähdyksiin (OR 0,78, LV 0,68-0,90).

Tulostemme perusteella lapsuuden aivovammojen hoidossa käytettävien neurokirurgisien toimenpiteiden kokonaisilmaantuvuus on pysynyt vakaana vuosina 1998–2018. Kuitenkin erityisesti dekompressiivisten kraniektomien ilmaantuvuus on kasvanut. Ilmaantuvuus toimenpiteille oli suurin nuorilla. Pojat vaikuttaisivat saavan enemmän vakavia neurokirurgisia toimenpiteitä vaativia aivovammoja kuin tytöt. Tarkasteltaessa kokonaiskuolleisuutta aiemmin saatu aivovamma vaikutti negatiivisesti keskimääräiseen elinaikaan. Itsemurhakuolemissa aivovammojen sekä muita vammoja saaneiden välillä ei ollut kliinisesti merkittävää eroa, mutta mahdollisten sekoittavien tekijöiden vuoksi aihe vaatii lisää tutkimusta. Aivovammapotilailla oli hieman lyhyemmät varusmiespalvelujaksot ja korkeampi asepalvelun keskeytysaste kuin vertailuryhmässämme. Kuitenkin osa vaikeampia vammoja saaneista suoritti palveluksen. Lapsuuden aivovamma näyttäisi vaikuttavan negatiivisesti kognitiiviseen suorituskykyyn pidemmällä aikavälillä. Tutkimuksessamme tämä heijastui heikompana tuloksena asevelvollisuuden peruskokeessa sekä alhaisempana koulutustasona kaikilla korkeakouluasteilla.

The rate of acute neurosurgical interventions after paediatric traumatic brain injury (pTBI) varies considerably across countries and hospitals. Acute neurosurgery among pTBI patients has not previously been studied in Finland. pTBI causes considerable mortality and morbidity and is the leading cause of death among children/adolescents in most high-income countries. At present, there is a lack of information in the literature on the long-term impact of pTBI on mortality and manner of death. Traumatic brain injury (TBI) also has the potential to cause cognitive dysfunction and physical and mental impairment, which can affect the individuals’ life many years after sustaining the initial injury. While pTBI is known to impact mental and physical abilities in the long-term, their direct influence on educational attainment and physical performance remains unclear.

The overall aim of our retrospective study was to assess the incidence of acute neurosurgical interventions after pTBI and the impact of pTBI on later life. In Study I, the aim was to evaluate the overall incidence of acute pTBI neurosurgery as well as the incidence of different types of operation. The aim in study II was to report the trends of long-term all-cause mortality and suicidal deaths. Finnish conscripts were studied in Study III to assess the effect of pTBI on overall physical and mental performance later in life. Specifically, our study focused on assessing the impact of pTBI on military service participation, length of service periods and cognitive performance during the conscription period. To further assess long-term cognitive impairment after pTBI, our goal in study IV was to investigate the educational attainment and highest achieved educational level of patients with pTBI.

The participants who formed our study cohorts were gathered retrospectively from the nationwide Finnish Care Register for Healthcare. All paediatric patients aged 0 to 17 who had received a traumatic brain injury diagnosis (S06*) between 1998 and 2018 were included (n = 71 972). Specific patient cohorts (pTBI cohorts) were then formed from this basic participant data for studies I, III and IV. In studies I and III, the Nordic Medico-Statistical Committee (NOMESCO) Classification of Surgical Procedures codes was used to evaluate acute neurosurgical interventions. In study II, information from the Cause of Death Register was used to identify patients who died during our study period and to gather information on the specific causes of death. This information was then used to evaluate all-cause and suicidal mortality. In studies III and IV, the basic pTBI data were further compared to Finnish Military Records (III) and nationwide Register of Completed Education and Degrees data (IV) to form specific pTBI cohorts. In addition to the basic pTBI data, the pTBI cohort was further divided into concussions (S06.0) and intracranial injuries (S06.1- S06.9) in studies II and IV. In studies II, III and IV, the results were compared to a reference cohort that was formed from paediatric patients who had received extremity injuries during the same follow-up period.

All incidences were calculated using the Clopper-Pearson Exact Method and reported per 100 000 person-years with 95% confidence intervals (CI) in study I. In study II we used Kaplan-Meier and restricted mean survival time (RMST) analysis with 95% CI to compare all-cause mortality and suicides between the pTBI cohort and the reference cohort in the main analyses as well as between concussions and specific intracranial injuries in secondary analyses. In study III, length of military service time, service completion and fitness for service class were compared between the pTBI cohort and the reference cohort using odds ratios (ORs) with 95% CIs calculated with logistic regression. Furthermore, linear regression with 95% confidence intervals along with Welch two sample t-test were used to analyse the differences between the cohorts in basic-test 1 results. In study IV, the educational attainment of the participants was compared using logistic regression between three main levels. The comparisons were done between the pTBI cohort and the reference cohort as well as between those patients who sustained concussions and those who sustained specific intracranial injuries.

In study I, a total of 341 patients underwent acute neurosurgical interventions and the cumulative incidence was 1.47 operations per 100 000 person-years. The highest cumulative incidence observed during the 21-year follow-up period was at the age of 16 (Incidence rate (IR) 4.78, CI, 3.68-6.11). The cumulative incidence showed the highest bimodal age distribution in infants aged 0 to 1 year and rising after the age of 14. Boys had a 2.42 times higher cumulative incidence (IR 2.35, CI, 1.27-3.99) than girls (IR 0.97, CI, 0.35-2.20). Evacuation of an intracranial haemorrhage was the most common intervention during the follow-up period (n = 171, 44.3%). In study II, we observed a total of 479 deaths in the pTBI cohort (0.67% of 71 963) and 306 deaths in the reference cohort (0.47% of 64 848). In the pTBI cohort, a large proportion of deaths were recorded during the first year of follow-up (28.6%) compared to the reference cohort (2.6%). The pTBI cohort had slightly lower survival time in the age- and sex-adjusted analyses throughout the follow-up period in all-cause mortality (20-year RMST ratio 0.995, CI, 0.994-0.996). However, survival time was slightly lower in the pTBI cohort for those with suicide as manner of death with age and sex adjustment (10-year RMST ratio 0.999, CI 0.999-0.999; 20-year RMST ratio 0.999; CI, 0.998-0.999). A lower proportion of men in the pTBI cohort (8 507, 66.5%) completed military service than in the reference cohort (14 953, 71.2%). Therefore, men in the reference cohort were more likely to complete military service (OR 1.26, CI, 1.18-1.34). Both men (OR 1.26, CI, 1.18-1.34) and women (OR 2.05, CI 1.27-3.36) in the pTBI cohort had higher interruption rates than the reference cohort. Although men with conservatively treated pTBI had a much higher service rate (OR 7.20, CI, 4.73-11.1), only 31 (23.3%) men with prior operatively treated pTBI were able to complete their military service. When evaluating cognitive performance during military service, the pTBI cohort scored 0.15 points (CI, 0.10- 0.20, P < 0.05) less than the reference cohort in the cognitive b-test. Furthermore, in study IV, educational attainment in higher tertiary education was notably lower in the pTBI cohort (OR 0.85, CI, 0.80-0.90). Within tertiary education, the pTBI cohort was also more likely to remain in lower tertiary education than to attain higher tertiary education (OR 0.81, CI, 0.74-0.87). In secondary analyses, patients with specific intracranial injuries were more likely to remain in upper secondary education than attain tertiary education than those patients with concussions (OR 0.78, CI, 0.68- 0.90).

Our results suggest that the incidence of acute neurosurgeries for pTBIs remained stable between 1998 and 2018, even though the incidence of decompressive craniectomies has been on the rise. The incidence was highest during adolescence in all operation types. Boys seem to have a higher risk for acute neurosurgical interventions than girls. Prior TBI impacted negatively on long-term survival time for all-cause mortality. In this study, no clinically meaningful difference was found in deaths by suicide between the two injury cohorts. However, due to possible confounding factors, this topic requires more research. The pTBI cohort had both a slightly shorter military service period and a higher interruption rate than the reference cohort. Therefore, a lower fitness level in the pTBI cohort is likely. pTBI seems to also impact negatively on cognitive performance because the pTBI cohort had lower scores in conscription b-test and lower educational attainment at all higher educational levels.