Acute biochemical diagnostics of mild traumatic brain injury : A clinical study

Abstract

Traumatic brain injury (TBI) is a global health burden. Most cases diagnosed with TBI are mild traumatic brain injury (mTBI), however, no unanimous definition of mTBI exists. Although most of the patients with mTBI recover well, a group of patients develop persistent post-injury symptoms. Blood biomarkers could be used as the surrogate markers of injury and could assist in assessing the true severity and prognosis of the eventual brain damage.

Three studies were conducted for this project. Firstly, blood levels of glial fibrillary acidic protein (GFAP) and ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCH-L1) were analysed in patients with orthopedic trauma without any central nervous system (CNS) insults compared to patients with computed tomography (CT)-negative mTBI at multiple time points after admission and during follow-up visits. The second study correlated the admission levels (≤24 hours) of GFAP and neurofilament light (NF-L) with outcome in patients with mTBI to explore the prediction abilities of these blood biomarkers. In the last study, the prognostic value of the neurodegenerative biomarkers, total tau (T-tau) and β-amyloid isoforms 1–40 (Aβ40), and 1–42 (Aβ42) were investigated using admission samples. Combinations of biomarkers panels were formed to study the sensitivity and specificity of these biomarkers for outcome prediction (studies II and III). A multiparameter panel including the clinical parameters and blood biomarkers was devised to study the best prediction model (study III).

This project, focusing on the acute biochemical diagnostics of mTBI, reported that GFAP and UCH-L1 are not specific biomarkers for CT-negative mTBI. However, we found that the early levels of GFAP and NF-L are significantly correlated with the outcome in patients with mTBI. The admission level of NF-L has a significant predictive value for mTBI, also in a multi-variate model. Finally, the admission levels of T-tau were significantly correlated with the outcome in patients with mTBI.

Lievän tapaturmaisen aivovamman biokemiallinen diagnostiikka

Tapaturmaiset aivovammat ovat maailmanlaajuinen terveysongelma. Suurin osa aivovammoista on lieviä. Suurin osa lievän aivovamman saaneista potilaista toipuu hyvin, mutta osalle jää vammasta kuitenkin pitkäaikaisia jälkioireita. Verestä mitattavia merkkiaineita, biomarkkereita, voidaan käyttää mahdollisesti apuna aivovamman vakavuuden, aivovaurion luonteen ja potilaan toipumisennusteen arvioinnissa.

Tähän väitöskirjahankkeeseen kuuluu kolme kliinistä tutkimusta. Ensimmäisessä analysoitiin gliaalisen fibrillaarisen happaman proteiinin (GFAP) ja ubikitiini-karboksiterminaalisen hydrolaasi L1:n (UCH-L1) veripitoisuudet ortopedisen vamman saaneilla potilailta, joilla ei ollut taustallaan aivovammaa tai muuta aivotapahtumaa, ja vertasimme niitä lievän aivovamman saaneiden potilaiden vastaaviin veripitoisuuksiin. Näillä aivovammapotilailla ei ollut poikkeavia löydöksiä pään tietokonetomografiassa (TT) eli he olivat TT-negatiivisia. Toisessa tutkimuksessa analysoitiin lievän aivovamman saaneilta potilailta 24 tunnin kuluessa sairaalaan saapumisesta veren GFAP:n ja kevyen neurofilamentti -proteiinin (NF-L) pitoisuudet, ja tutkittiin niiden korrelaatiota potilaiden myöhempään toipumisen tasoon. Kolmannessa tutkimuksessa analysoitiin kokonais-taun, beeta-amyloidi 1– 40:n (Aβ40) ja beeta-amyloidi 1–42:n (Aβ42) veripitoisuudet lievän aivovamman saaneilta potilailta 24 tunnin kuluessa sairaalaan saapumisesta. Jälleen tutkittiin merkkiaineiden ennustearvoa myöhemmän toipumisen tason suhteen.

Tämän lievien tapaturmaisten aivovammojen biokemiallista diagnostiikkaa tutkivan väitöskirjahankkeen tärkeimmät löydökset ovat: i) verestä mitattujen GFAP:n ja UCH-L1:n pitoisuudet eivät ole spesifejä lievälle TT-negatiiviselle aivovammalle, ii) sairaalaan saapumisvaiheessa mitatut GFAP:n ja NF-L:n veripitoisuudet korreloivat merkittävästi lievän aivovamman toipumisennusteen kanssa, ja iii) sairaalaan saapumisvaiheen kokonais-taun, Aβ40:n ja Aβ42:n veripitoisuuksilla ei kyetä ennustamaan lievän aivovamman saaneen potilaan toipumista.