Background Alteration of the mechanisms of cerebral blood flow (CBF) regulation might contribute to the pathophysiology of sepsis-associated encephalopathy (SAE). However, previous clinical studies on dynamic cerebral autoregulation (dCA) in sepsis had several cofounders. Furthermore, little is known on the potential impairment of neurovascular coupling (NVC) in sepsis. The aim of our study was to determine the presence and time course of dCA and NVC alterations in a clinically relevant animal model and their potential impact on the development of SAE. Methods Thirty-six anesthetized, mechanically ventilated female sheep were randomized to sham procedures (sham, n = 15), sepsis ( n = 14), or septic shock ( n = 7). Blood pressure, CBF, and electrocorticography were continuously recorded. Pearson’s correlation coefficient Lxa and transfer function analysis were used to estimate dCA. NVC was assessed by the analysis of CBF variations induced by cortical gamma activity (Eγ) peaks and by the magnitude-squared coherence (MSC) between the spontaneous fluctuations of CBF and Eγ. Cortical function was estimated by the alpha-delta ratio. Wilcoxon signed rank and rank sum tests, Friedman tests, and RMANOVA test were used as appropriate. Results Sepsis and sham animals did not differ neither in dCA nor in NVC parameters. A significant impairment of dCA occurred only after septic shock (Lxa, p = 0.03, TFA gain p = 0.03, phase p = 0.01). Similarly, NVC was altered during septic shock, as indicated by a lower MSC in the frequency band 0.03–0.06 Hz ( p < 0.001). dCA and NVC impairments were associated with cortical dysfunction (reduction in the alpha-delta ratio ( p = 0.03)). Conclusions A progressive loss of dCA and NVC occurs during septic shock and is associated with cortical dysfunction. These findings indicate that the alteration of mechanisms controlling cortical perfusion plays a late role in the pathophysiology of SAE and suggest that alterations of CBF regulation mechanisms in less severe phases of sepsis reported in clinical studies might be due to patients’ comorbidities or other confounders. Furthermore, a mean arterial pressure targeting therapy aiming to optimize dCA might not be sufficient to prevent neuronal dysfunction in sepsis since it would not improve NVC.

中文翻译：

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感染性休克期间脑自动调节和神经血管耦合逐渐受损：一项实验研究

背景 脑血流 (CBF) 调节机制的改变可能有助于脓毒症相关脑病 (SAE) 的病理生理学。然而，先前关于脓毒症动态脑自动调节 (dCA) 的临床研究有几个共同创始人。此外，对败血症中神经血管耦合 (NVC) 的潜在损害知之甚少。我们研究的目的是确定临床相关动物模型中 dCA 和 NVC 改变的存在和时间过程，以及它们对 SAE 发展的潜在影响。方法 将 36 只麻醉、机械通风的雌性羊随机分为假手术（假手术，n = 15）、脓毒症（n = 14）或脓毒性休克（n = 7）。连续记录血压、CBF 和皮层电图。Pearson 相关系数 Lxa 和传递函数分析用于估计 dCA。NVC 是通过分析由皮质伽马活动 (Eγ) 峰值引起的 CBF 变化和 CBF 和 Eγ 自发波动之间的幅度平方相干性 (MSC) 来评估的。皮质功能由α-δ 比率估计。适当使用 Wilcoxon 符号秩和秩和检验、弗里德曼检验和 RMANOVA 检验。结果脓毒症和假手术动物在 dCA 和 NVC 参数方面都没有差异。dCA 的显着损害仅在感染性休克后发生（Lxa，p = 0.03，TFA 增益 p = 0.03，阶段 p = 0.01）。类似地，在感染性休克期间 NVC 发生了改变，如 0.03-0.06 Hz 频带中较低的 MSC 所示（p < 0.001）。dCA 和 NVC 损伤与皮质功能障碍有关（α-δ 比率降低（p = 0.03））。结论 感染性休克期间 dCA 和 NVC 逐渐丧失，并且与皮质功能障碍有关。这些发现表明，控制皮层灌注机制的改变在 SAE 的病理生理学中发挥了晚期作用，并表明临床研究中报道的脓毒症不太严重阶段的 CBF 调节机制的改变可能是由于患者的合并症或其他混杂因素。此外，旨在优化 dCA 的平均动脉压靶向治疗可能不足以预防脓毒症中的神经元功能障碍，因为它不会改善 NVC。结论 感染性休克期间 dCA 和 NVC 逐渐丧失，并且与皮质功能障碍有关。这些发现表明，控制皮层灌注机制的改变在 SAE 的病理生理学中发挥了晚期作用，并表明临床研究中报道的脓毒症不太严重阶段的 CBF 调节机制的改变可能是由于患者的合并症或其他混杂因素。此外，旨在优化 dCA 的平均动脉压靶向治疗可能不足以预防脓毒症中的神经元功能障碍，因为它不会改善 NVC。结论 感染性休克期间 dCA 和 NVC 逐渐丧失，并且与皮质功能障碍有关。这些发现表明，控制皮层灌注机制的改变在 SAE 的病理生理学中发挥了晚期作用，并表明临床研究中报道的脓毒症不太严重阶段的 CBF 调节机制的改变可能是由于患者的合并症或其他混杂因素。此外，旨在优化 dCA 的平均动脉压靶向治疗可能不足以预防脓毒症中的神经元功能障碍，因为它不会改善 NVC。这些发现表明，控制皮层灌注机制的改变在 SAE 的病理生理学中发挥了晚期作用，并表明临床研究中报道的脓毒症不太严重阶段的 CBF 调节机制的改变可能是由于患者的合并症或其他混杂因素。此外，旨在优化 dCA 的平均动脉压靶向治疗可能不足以预防脓毒症中的神经元功能障碍，因为它不会改善 NVC。这些发现表明，控制皮层灌注机制的改变在 SAE 的病理生理学中发挥了晚期作用，并表明临床研究中报道的脓毒症不太严重阶段的 CBF 调节机制的改变可能是由于患者的合并症或其他混杂因素。此外，旨在优化 dCA 的平均动脉压靶向治疗可能不足以预防脓毒症中的神经元功能障碍，因为它不会改善 NVC。