Schädel-Hirn-Traumata bei Kleintieren

Tierärztliche Hochschule Hannover

Schädel-Hirn-Traumata bei Kleintieren:

Untersuchung von prognostischen Biomarkern im Blut

INAUGURAL – DISSERTATION

zur Erlangung des Grades einer Doktorin - Doctor medicinae veterinariae -

(Dr. med. vet.)

vorgelegt von Franziska Riese

Göttingen

Hannover 2016

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Tipold

Klinik für Kleintiere

1. Gutachter: Prof. Dr. Tipold

2. Gutachter: Prof. Dr. med. vet. Baumgärtner

Tag der mündlichen Prüfung: 29.04.2016

Meiner Familie

Ergebnisse dieser Dissertation wurden in Form eines Posters auf der folgenden Fachtagung präsentiert:

F.Riese, K.Rohn, S.Hoppe, A.Tipold

Hypernatriämie bei Hunden mit Schädel-Hirn-Trauma

24. Jahrestagung der FG Innere Medizin und klinische Labordiagnostik der DVG, InnLab, Januar 2016

Berlin, 29.01.-30.01.2016

Ausgabe 1/2016 der "Tierärztlichen Praxis, Kleintiere", Abstracts: Seite 15

INHALTSVERZEICHNIS

Einführung ... 1

Literaturübersicht ... 3

Definition Schädel-Hirn-Trauma ... 3

Einteilung Schädel-Hirn-Traumata ... 3

Epidemiologie des Schädel-Hirn-Traumas ... 4

Ursachen für Schädel-Hirn-Traumata ... 4

Symptome für Schädel-Hirn-Traumata ... 5

Modified Glasgow Coma Scale ... 5

Diagnose/Management/Therapie von Schädel-Hirn-Traumata ... 7

Hypernatriämie ... 8

Partielle Thromboplastin-Zeit (PTT) / Prothrombin-Zeit (PT) ... 9

Natrium-Wert, Partielle Thromboplastin-Zeit und Prothrombin-Zeit als Biomarker ... 11

Posttraumatische Epilepsie ... 11

Material und Methoden... 13

Geräte und Materialien ... 13

Klinikbedarf ... 13

Geräte und Computersoftware ... 13

Methoden ... 14

Datensammlung ... 14

Statistische Analyse ... 17

Publikationen ... 19

Are hypernatremia and coagulopathy useful clinical biomarkers in dogs with head trauma? A retrospective study. ... 19

Abstract ... 20

Introduction ... 21

Materials and Methods ... 22

Discussion ... 34

Conclusion ... 37

Conflict of interest statement ... 38

References ... 38

Necessity of long-term treatment with antiseizure drugs after traumatic brain injury

in dogs with immediate seizures. A case report. ... 43

Summary ... 44

Introduction ... 44

Case History ... 45

Discussion ... 50

References ... 52

Übergreifende Diskussion ... 57

Zusammenfassung ... 63

Summary ... 66

Literaturverzeichnis ... 69

Abkürzungsverzeichnis ... 80

Tabellen- und Abbildungsverzeichnis ... 82

Anhang ... 83

Danksagung ... 98

Erklärung ... 100

Einführung

1

Einführung

Das Schädel-Hirn-Trauma (SHT) ist sowohl in der Humanmedizin, als auch in der Veterinärmedizin eine häufig vorkommende Erkrankung. In der Humanmedizin kommt es in den USA jährlich zu einer stationären Aufnahme von ungefähr 230.000 Patienten, von denen 50.000 versterben (LANGLOIS et al. 2006). In der Tiermedizin wurde in der Schweiz in einer Studie belegt, dass 9% der Patienten, die aufgrund einer neurologischen Erkrankung vorgestellt werden, ein SHT haben (FLUEHMANN et al. 2006). Da in der Tiermedizin für die Besitzer eine Prognose für Überleben und spätere vollständige Genesung aus finanziellen Gründen vor einer Entscheidung für eine Therapie sehr wichtig ist, ist die Evaluierung von nützlichen Biomarkern von großem Interesse. Studien aus der Humanmedizin (MAGGIORE et al. 2009;

KOLMODIN et al. 2013; LI et al. 2013) lassen die Frage entstehen, ob auch bei Hunden der Natrium-Wert im Blut ein guter prognostischer Faktor bei SHT-Patienten ist. In der Studie von Li et al. wurde bereits beim Menschen das Auftreten von schwerer Hypernatriämie als negativ prognostischer Faktor für das Überleben evaluiert (LI et al. 2013). In der Tiermedizin wurde bis jetzt eine Hypernatriämie bei Hunden mit neurologischen Erkrankungen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit festgestellt als bei anderen Erkrankungen (UEDA et al. 2015a). Des Weiteren besteht bei Patienten mit Hypernatriämie ein Zusammenhang zur Schwere der Erkrankung (UEDA et al. 2015a). Außerdem wurde in der Humanmedizin festgestellt, dass bei SHT-Patienten ein Zusammenhang zwischen der Gerinnung bei SHT- Patienten und der Überlebenswahrscheinlichkeit besteht (MURRAY et al. 2007). Um die zu Grunde liegenden Pathomechanismen der verzögerten Gerinnung in SHT- Patienten zu verstehen und therapeutisch eingreifen zu können, wurden in der Humanmedizin bereits mehrere Studien durchgeführt (HESS u. LAWSON 2006;

HESS et al. 2008; WAFAISADE et al. 2010; DONAHUE et al. 2014). Da experimentell induzierte Traumen bei Nagern in vielen Fällen nicht dem natürlich vorkommenden SHT des Menschen entsprechen, ist es von Interesse ein Modell zu etablieren, das eine Translation der Forschungsergebnisse optimiert. Ein potentielles Modell wäre das natürlich vorkommende SHT des Hundes. In einer Studie, die das

Einführung

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SHT beim Hund als Modell postuliert, wurde das Problem formuliert, dass eine Koagulopathie bei Hunden mit SHT nicht untersucht wurde (HALL et al. 2014). In vorliegender Studie sollte neben dem Natrium-Wert ein weiterer, klinisch leicht zu ermittelnder Biomarker, die Prothrombin Zeit (PT) und die partielle Thromboplastin Zeit (PTT), evaluiert werden, um den Hund als translationales Tiermodell für SHT zu entwickeln.

Steinmetz et al (2013) konnten das Vorkommen einer posttraumatischen Epilepsie näher beschreiben. Veränderungen von ausgewählten Blutparametern beim initialen Trauma wurden jedoch auf ihren potentiellen Einfluss auf die Epileptogenese nicht untersucht. Daher sollte die Aussagekraft des Natrium-Wertes für die Entwicklung einer Posttraumatischen Epilepsie (PTE) untersucht werden, um eventuell frühzeitig eine Therapie zur Verminderung oder Verhinderung zukünftiger Krampfanfälle einleiten zu können. Patienten, die eine PTE entwickeln, könnten in Zukunft bei der Aufklärung der bisher nicht vollständig bekannten Pathophysiologie der Epileptogenese von Nutzen sein.

Ziel der vorliegenden Arbeit „Are hypernatremia and coagulopathy useful clinical biomarkers in dogs with head trauma? A retrospective study.“ war die Etablierung von klinisch leicht zu ermittelnden Biomarkern für die Prognose von SHT-Patienten zum Zeitpunkt des initialen Traumas in der Notaufnahme. Die Hypothese sollte bestätigt werden, dass der Na-Wert und/oder die PTT/PT im Zusammenhang mit dem Modified Glasgow Coma Scale, einen prognostischen Wert bezüglich des Überlebens von SHT-Patienten hat. Des Weiteren sollte anhand des Na-Wertes in SHT-Patienten der Zusammenhang zu einer sich entwickelnden PTE nachgewiesen werden.

In einer zweiten Arbeit “Necessity of long-term treatment with antiseizure drugs after traumatic brain injury in dogs with immediate seizures. A case report.“ soll anhand zweier klinischer Fälle die Wichtigkeit der weiteren Erforschung und frühzeitigen Behandlung von PTE beispielhaft dargestellt werden.

Literaturübersicht

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Literaturübersicht

Definition Schädel-Hirn-Trauma

Ein Trauma wird als Gewebeschaden definiert, der mehr oder weniger plötzlich auftritt und sich auf den physischen Schaden bezieht, der dem Körper durch Gewalt oder einen Unfall zugefügt wird (MUIR 2011).

Um eine ausreichende Grundlage zur Erforschung des Schädel-Hirn-Traumas (SHT) zu haben, ist eine genaue Definition notwendig. Diese wurde in einer Arbeitsgruppe aus Experten von der „Demographics and Clinical Assessment Working Group“ von der „International and Interagency Initiative“ formuliert und lautet wie folgt:

„TBI (Traumatic Brain Injury) is defined as an alteration in brain function, or other evidence of brain pathology, caused by an external force.” (MENON et al. 2010)

Einteilung Schädel-Hirn-Traumata

Allgemein lassen sich SHT in zwei Phasen einteilen: das “primäre“ SHT und als Folge das “sekundäre“ SHT (DEWEY 2000). Das primäre SHT beschreibt den initialen Insult. Dazu gehören die direkten Folgen von Blutungen und Verletzungen der Axone (HOPKINS 1996). Durch diese Veränderungen, wie zum Beispiel durch ein Hämatom aufgrund des primären SHT, entsteht ein sekundäres Trauma. Dabei ist vor allem die Durchblutungsstörung des Gehirns entscheidend, wodurch es zu einer weiteren Zerstörung der Zellen im Gehirn kommt (PODELL 1998; PRINS et al.

2013). Es kommt zu biomechanischen und physikalischen Veränderungen, wie zum Beispiel die Produktion von freien Sauerstoffradikalen, Adenosintriphosphat (ATP) - Depletion oder intrazelluläre Ansammlung von Natrium und Calcium (DEWEY 2000;

GREVE u. ZINK 2009).

Eine weitere Unterteilung des SHT kann in 3 Schweregrade erfolgen. Dazu dient die Unterteilung in ein leichtgradiges-, mittelschweres und schweres SHT (CHEN et al.

2009). Ein leichtgradiges SHT zeichnet sich durch Bewusstlosigkeit, posttraumatische Amnesie für weniger als 30 Minuten und fehlende Schädelfrakturen

Literaturübersicht

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aus. Beim mittelschweren SHT kommt es ebenfalls zur Bewusstlosigkeit. Zusätzlich haben Patienten eine posttraumatische Amnesie für 30 Minuten bis zu 24 Stunden oder eine Schädelfraktur. Patienten mit einem schweren SHT haben eine Hirnkontusion oder ein intrakranielles Hämatom, Bewusstlosigkeit oder eine posttraumatische Amnesie, die länger als 24 Stunden andauert (CHEN et al. 2009).

Außerdem lassen sich SHT zusätzlich in stumpfe und spitze Traumata einteilen (S.

R. PLATT u. OLBY 2014).

Epidemiologie des Schädel-Hirn-Traumas

Epidemiologisch betrachtet erleiden in den USA über eine Million Patienten der Humanmedizin im Jahr ein Schädel-Hirn-Trauma. Davon werden 235.000 stationär aufgenommen, wovon 50.000 Patienten versterben (LANGLOIS et al. 2006;

KOLMODIN et al. 2013). In der Tiermedizin sind keine epidemiologischen Daten für Hunde in Deutschland erfasst. Jedoch wurde in einer klinischen Studie des Kleintierspitals Bern untersucht, dass es sich bei 9% der Patienten mit neurologischen Erkrankungen um SHT-Patienten handelt (FLUEHMANN et al. 2006).

In der Studie von DiFazio und Fletcher wurde ein Auftreten von SHT bei 20% der Hunde festgestellt, die nach einem stumpfen Trauma präsentiert wurden (DIFAZIO u.

FLETCHER 2013). Ebenso wird vermutet, dass 20% der Hunde und 35% der Katzen aufgrund eines akuten Traumas in Kliniken vorgestellt werden (KOLATA et al. 1974).

In der Studie von Fleming et al. wurde das Trauma als zweithäufigste Todesursache bei Hunden in Nordamerika ermittelt (FLEMING et al. 2011). Die vorgestellten Hunde mit SHT versterben in Folge der lebensbedrohlichen Verletzungen mit einer Wahrscheinlichkeit von 18-24% (SHARMA u. HOLOWAYCHUK 2015).

Ursachen für Schädel-Hirn-Traumata

Ursächlich für die SHT der kleinen Haustiere sind häufig Verkehrsunfälle. Dazu gehören vor allem Zusammenstöße mit Autos. Des Weiteren kann es auch zu Verletzungen in Folge von Stürzen aus großen Höhen, wie zum Beispiel Balkonen oder Fenstern, kommen (HOPKINS 1996; DEWEY 2000). Auch Verletzungen, die

Literaturübersicht

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durch Bisswunden durch andere Tiere, Tritte von Pferden, Eintreten von Projektilen oder Gewalteinwirkungen durch Menschen entstehen, können SHT zur Folge haben (DEWEY 2000; SYRING et al. 2001; SANDE u. WEST 2010).

Symptome für Schädel-Hirn-Traumata

Die Symptome bei SHT-Patienten resultieren vor allem aus dem erhöhten Druck im Gehirn, der die Schwere des sekundären Traumas negativ beeinflusst (GRAHAM et al. 1989; GHAJAR 2000). Ein erhöhter intrakranieller Druck kann zu Anisokorie, Miose, Mydriase, veränderter mentaler Aktivität und Verlust der Motorik führen (S. R.

PLATT u. OLBY 2014). Kommt es durch Versagen der Kompensationsmechanismen zu einer massiven Erhöhung des intrakraniellen Drucks, folgt eine so genannte

„Cushing Response“ (PODELL 1998), eine gleichzeitige arterielle Hypertension und Bradykardie (S. R. PLATT u. GAROSI 2012). Außerdem sind anhand weiterer diagnostischer Untersuchungen Frakturen des Schädels, die in Röntgenaufnahmen oder auch bei der Magnetresonanztomographie (MRT) oder Computertomographie (CT) zu sehen sind, als auch Ödeme des Gehirnparenchyms und Hämorrhagien sichtbar, die auf ein SHT schließen lassen (GREVE u. ZINK 2009). Auch die Messung des intrakraniellen Drucks lässt bei einer Erhöhung auf ein SHT rückschließen (HOPKINS 1996; S. R. PLATT u. GAROSI 2012)

Modified Glasgow Coma Scale

Zur Klassifizierung der Schwere des SHT wird der „Modified Glasgow Coma Scale“

(MGCS) genutzt. Dabei erfolgt eine klinische Evaluation der motorischen Aktivität, Hirnstammreflexe und Bewusstseinsveränderungen und eine Graduierung der Ergebnisse in lebensbedrohlich (<8), vorsichtig (9-14) und gut (>15) (S. R. PLATT et al. 2001) (Tabelle 1). Der MGCS ist eine gute Möglichkeit über die Prognose des Patienten mit SHT eine Aussage treffen zu können und zusätzlich den klinischen Verlauf zu dokumentieren (S. R. PLATT et al. 2001; SHARMA u. HOLOWAYCHUK 2015).

Literaturübersicht

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Tabelle 1 Modified Glasgow Coma Scale

Anhand dieser Tabelle kann ein Score zwischen 3 bis 18 ermittelt werden. Dabei wird das Tier auf 1.

motorische Aktivität; 2. Hirnstammreflexe und 3. das Bewusstsein untersucht. Es werden von allen drei Unterpunkten die Werte des Scores addiert und anhand der Einteilung kann eine Prognose für das Überleben gestellt werden (S. R. PLATT et al. 2001)

Score Motorische Aktivität

Normaler Gang, normale spinale Reflexe 6

Hemiparese, Tetraparese 5

Liegend, intermittierende Extensoren-Steifheit 4 Liegend, konstante Extensoren-Steifheit 3 Liegend, konstante Extensoren-Steifheit mit

Opisthotonus 2

Liegend, Hypotonie der Muskeln, reduzierte oder

abwesende spinale Reflexe 1

Hirnstamm-Reflexe

Normaler PLR und Nystagmus 6

Verzögerter PLR und normaler oder verlangsamter

physiologischer Nystagmus 5

Bilateral nicht responsive Miose mit normalem oder

verlangsamtem physiologischen Nystagmus 4 Stecknadelkopfgroße Pupillen mit reduziertem oder

abwesendem physiologischen Nystagmus 3 Unilateral nicht responsive Mydriase mit reduziertem

oder abwesendem physiologischen Nystagmus 2 Bilateral nicht responsive Mydriase mit reduziertem oder

abwesendem physiologischen Nystagmus 1 Bewusstseinsveränderungen

Gelegentliche Phasen einer Bewusstseinstrübung und

verminderte Reaktion auf Umgebungsreize 6 hochgradige Apathie, fähig zu reagieren, aber Reaktion

inadäquat 5

Stuporös, reagiert auf visuelle Stimuli 4 Stuporös, reagiert auf akustische Stimuli 3 Stuporös, reagiert nur noch auf Schmerzstimuli 2

Komatös, reagiert nicht mehr auf wiederholte

Schmerzstimuli 1

PLR= Pupillar Reflex

Literaturübersicht

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Diagnose/Management/Therapie von Schädel-Hirn-Traumata

Die Diagnose eines SHT erfolgt anhand der oben genannten Symptome, die durch den erhöhten intrakraniellen Druck entstehen und vor allem auch anhand des durch den Besitzer erbrachten Vorberichts.

Das grundsätzliche Management des SHTs besteht in der Vermeidung bzw.

Entwicklung eines erhöhten intrakraniellen Drucks und einer Hypoxie (PODELL 1998). An erster Stelle der SHT-Therapie steht wie bei jedem anderen Notfall- Patienten das ABC-Schema (freie Atemwege, Beatmung, Cardiovaskuläre Funktionen) (CHESNUT 1998). Im weiteren Verlauf sollte eine Allgemeinuntersuchung und eine neurologische Untersuchung durchgeführt werden.

Erst nach Stabilisierung der Vitalfunktionen kann weitere Diagnostik und Therapie speziell bezüglich des SHTs durchgeführt werden. Zu dieser speziellen Diagnostik gehört grundsätzlich ein Röntgenbild des Schädels, des Thorax, Abdomens und der vollständigen Wirbelsäule. Auf diese Weise können Frakturen des Schädels evaluiert, aber auch andere Läsionen, wie zum Beispiel Pneumothorax, Wirbelfrakturen und/oder -luxationen, Uroabdomen, etc. festgestellt werden. Des Weiteren können bei Patienten mit schweren SHT (MGCS <8) mit Hilfe von Computertomographie und Magnetresonanztomographie Schädelschnittbilder gemacht werden.

Vor, im Verlauf von und nach der notwendigen Diagnostik ist eine gute Erstversorgung essentiell, um das sekundäre Trauma möglichst gering zu halten. Zu diesen ersten Maßnahmen gehören die Versorgung mit Sauerstoff, die erhöhte Lagerung des Kopfes mit einer Erhöhung um 30°, die Gabe von ausreichend stark wirkender analgetischer Medikamente, Kontrolle der Körperinnentemperatur und eine initiale Infusionstherapie mit 7,5% Natriumchlorid (NaCl) über einen Zeitraum von 5- 10 min und einer Infusionsrate von 5ml/kg. Eine 7,5%ige NaCl-Lösung kann appliziert werden, wenn keine Hypernatriämie vorliegt. Sonst ist die Gabe von Mannitol eine Alternative. All diese Maßnahmen werden ergriffen, um eine Erhöhung

Literaturübersicht

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des intrakraniellen Drucks zu minimieren. Wenn der Patient Anfälle zeigt, ist eine antikonvulsive Therapie mit Diazepam (2mg/kg) dringend notwendig.

Nach der ersten neurologischen Untersuchung sollte der Hund 15 min. später noch einmal mit Hilfe des MGCS reevaluiert werden, um eine Verschlechterung und damit einhergehende Erhöhung des intrakraniellen Drucks zu bemerken und rechtzeitig zu behandeln. Bei Tieren mit einem MGCS < 8 muss jede Stunde eine erneute Reevaluierung stattfinden. Bei Patienten mit einem MGCS > 8 sollte noch eine Überwachung für die nächsten 72 Stunden erfolgen, um verzögert eintretende venöse Blutungen im Bereich des Gehirns erfassen zu können (PODELL 1998; S. R.

PLATT u. GAROSI 2012; S. R. PLATT u. OLBY 2014)

Bei Patienten, die in den ersten 24 Stunden nach dem Trauma Anfälle gezeigt haben, sollte eine weitere antikonvulsive Therapie mit Phenobarbital, Imepitoin oder Levetiracetam für weitere sieben Tage fortgeführt werden (RAO u. PARKO 2015;

PODELL et al. 2016).

Hypernatriämie

Bei SHT-Patienten kann eine Hypernatriämie vorkommen (MAGGIORE et al. 2009;

KOLMODIN et al. 2013; LI et al. 2013). Ursachen für diese Hypernatriämie sind bei reduziertem extrazellulärem Flüssigkeitsvolumen eine reduzierte Wasseraufnahme, zentraler oder nephrogener Diabetes insipidus, osmotische Diurese, Diuretika oder Wasserverlust über den Respirations- oder Gastrointestinal-Trakt. Bei erhöhtem extrazellulärem Flüssigkeitsvolumen können Natrium(Na)-haltige Infusionen, primärer Hyperaldosteronismus oder Cushing Syndrom eine Hypernatriämie auslösen (TISDALL et al. 2006). Gerade bei SHT-Patienten kommt es durch das Trauma häufig zu Verletzungen der Hypophyse, des Hypophysenstiels und des Hypothalamus (KLEIN 2014). Der zentrale neurogene Diabetes insipidus beruht auf einer Dysfunktion der Neurohypophyse (JOHN u. DAY 2012). Es kommt zu einer reduzierten Sekretion des Antidiuretischen Hormons (ADH; Vasopressin) in der Neurohypophyse oder zu einer verringerten Wirkung des ADHs an der Niere (CAPATINA et al. 2015). In Folge des ADH-Mangels wird nicht mehr ausreichend

Literaturübersicht

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Wasser in den Sammelrohren der Niere rückresorbiert. Somit steigt die Osmolarität des Blutes (VON ENGELHARDT u. BREVES 2005).

In der Humanmedizin wurde bereits der Zusammenhang, zwischen Hypernatriämie und der Wahrscheinlichkeit an einem SHT zu versterben, in mehreren Studien untersucht (MAGGIORE et al. 2009; KOLMODIN et al. 2013; LI et al. 2013). Ergebnis der Studie von Li et al. war, dass eine starke Hypernatriämie einen unabhängigen Risiko-Faktor für das Versterben der Patienten darstellt (LI et al. 2013). Andererseits wurde ebenfalls in der Humanmedizin in einem Review in Frage gestellt, ob die Hypernatriämie bei SHT-Patienten aufgrund der vielen unterschiedlichen Einflussfaktoren als sicherer Indikator für eine direkte Assoziation mit der Sterblichkeit genutzt werden kann (KOLMODIN et al. 2013). Auch bei Hunden wurde bereits festgestellt, dass ein Zusammenhang zwischen einer Hypernatriämie und der Schwere der Erkrankung besteht (UEDA et al. 2015a). Außerdem kam es allgemein bei Patienten mit neurologischen Problemen häufiger zu einer Hypernatriämie, als bei anderen Erkrankungen (UEDA et al. 2015a). Jedoch konnte in einer weiteren Studie kein prognostischer Zusammenhang zwischen einer Hypernatriämie und der Wahrscheinlichkeit zu Versterben bei Hunden festgestellt werden (SHARMA u.

HOLOWAYCHUK 2015).

Partielle Thromboplastin-Zeit (PTT) / Prothrombin-Zeit (PT)

In einer IMPACT (International Mission on Prognosis and Analysis of Clinical Trials in TBI) Studie wurde die Möglichkeit, die Gerinnung bei SHT-Patienten als prognostischen Faktor zu nutzen, als Hypothese formuliert (MURRAY et al. 2007).

In der Humanmedizin wurde außerdem festgestellt, dass einer von vier Patienten, die mit Trauma vorgestellt werden, eine akute Koagulopathie haben. Außerdem ist die Koagulopathie mit einer vierfach höheren Mortalitätsrate verbunden (BROHI et al.

2003; MACLEOD et al. 2003; MAEGELE et al. 2007).

Die Pathophysiologie der Koagulopathie ist sehr vielfältig bei SHT-Patienten. Es wird vermutet, dass sechs Mechanismen in die Entstehung von traumatischer

Literaturübersicht

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Koagulopathie integriert sind (HESS et al. 2008). Dazu gehören Gewebetrauma, Schock, Hämodilution, Hypothermie, Azidämie und Entzündung (HESS et al. 2008).

Die Pathogenese läuft vermutlich wie folgt ab: Der Insult, der mit hoher Energie auf den Schädel trifft, induziert eine endotheliale Zerstörung mit einer frühen Produktion von Gerinnungsfaktoren. Der Schock verlangsamt die Freigabe von Thrombin, dies erhöht die Bindung an Thrombomodulin an die angrenzenden normalen Endothelzellen und führt zur Aktivierung von Protein C und Inaktivierung der Gerinnungsfaktoren Ⅵ, Ⅷa und PAI-1. Obwohl gewisse Ähnlichkeiten bestehen, sind die Mechanismen und das notwendige Management ein anderes als bei der disseminierten intravasalen Gerinnung (DIC) bei Patienten mit einer Sepsis (HESS et al. 2008). Des Weiteren wird vor allem bei Patienten mit einem SHT eine frühe Störung der Plättchen vermutet, deren genauer Pathomechanismus noch nicht bekannt ist (DONAHUE et al. 2014). Jedoch wurde in einer Studie eine Korrelation zwischen einer reduzierten Fähigkeit von Adenosindiphosphat (ADP), Plättchen zu aktivieren, und einer niedrigeren Überlebensrate von menschlichen Patienten mit SHT festgestellt (DAVIS et al. 2013). Eine weitläufig akzeptierte Hypothese bezüglich der verlängerten Gerinnung in SHT-Patienten beinhaltet Veränderungen in der lokalen und systemischen Gerinnung. Sekundär zur Aktivierung der fibrinolytischen Kaskade kommt es zur Freisetzung von Gewebefaktoren (TF), disseminierter intravasaler Gerinnung, Plättchenstörungen und der Aktivierung von Protein C Kaskaden sekundär zu einer Hypoperfusion. (STEIN u. SMITH 2004; LAROCHE et al. 2012).

Eine weitere mögliche Ursache für die verlängerte PTT und PT in SHT-Patienten kann die erhöhte Infusionsrate bei SHT-Patienten sein (HESS u. LAWSON 2006).

Um die Pathogenese einer frühen Plättchenstörung näher untersuchen zu können, wäre es von Interesse, den Hund als mögliches Tiermodell zu etablieren (HALL et al.

2014).

Literaturübersicht

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Natrium-Wert, Partielle Thromboplastin-Zeit und Prothrombin-Zeit als Biomarker

Ein Biomarker wird von der World Health Organisation (WHO) wie folgt definiert:

”Any substance, structure, or process that can be measured in the body or its products and influence or predict the incidence of outcome or disease.”

(STRIMBU u. TAVEL 2010)

Mögliche Vorteile, die der Natriumwert und die PTT/PT als Biomarker bei SHT- Patienten in der Klinik haben, ist zum einen der geringe finanzielle Aufwand. Zum anderen ist die venöse Blutabnahme weniger belastend für das Tier, das sich unter Umständen in einem Schockzustand befindet, als eine Untersuchung oder Probenentnahme in Vollnarkose. Außerdem bedarf es keinerlei zusätzlichen Aufwands, weil die Entnahme für die Untersuchung des Blutes standardisiert bei Patienten, die mit dem Verdacht auf ein SHT vorgestellt werden, durchgeführt wird.

Posttraumatische Epilepsie

SHT sind seit der Antike dafür bekannt, dass sie der häufigste und wichtigste Grund für erworbene Epilepsie sind (LOWENSTEIN 2009). Von den Patienten mit struktureller Epilepsie haben 20% vor Auftreten des ersten epileptischen Anfalls ein SHT erlitten (AGRAWAL et al. 2006). Bei Hunden mit SHT steigt die Wahrscheinlichkeit, dass das SHT zu einer Posttraumatischen Epilepsie (PTE) führt um den Faktor 3.4 im Vergleich zu Hunden mit Traumata, die nicht den Kopf betreffen (STEINMETZ et al. 2013). Mit der Schwere des Traumas steigt auch die Wahrscheinlichkeit einer PTE (STEINMETZ et al. 2013). Die Mechanismen, die zu einer PTE führen, sind zurzeit noch nicht vollständig erforscht (D'AMBROSIO u.

PERUCCA 2004; PITKANEN et al. 2009).

Die PTE wird definiert als Auftreten von mindestens zwei unprovozierten Anfällen, die frühestens 7 Tage nach dem Trauma beobachtet werden (FREY 2003; CHEN et al. 2009). Jedoch wird in einigen Veröffentlichungen auch bereits von einem PTE

Literaturübersicht

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gesprochen, wenn nur ein unprovozierter Anfall aufgetreten ist. Laut Chen ist diese Definition von Vorteil, weil so bereits früher mit einer antikonvulsiven Therapie begonnen werden kann (CHEN et al. 2009).

Zeitlich wird das Auftreten von Anfällen nach einem SHT in eine 1) unmittelbare, 2) frühe und 3) späte Form eingeteilt. Der Zeitraum, in dem man von einer unmittelbar auftretenden Epilepsie spricht, reicht von direkt nach dem Trauma bis hin zu 24 Stunden nach dem Insult. Bei der frühen Form beschränkt sich dieser Zeitraum von 24 Stunden bis hin zu 7 Tage nach dem Trauma. Die späte Form der PTE gilt ab dem 7. Tag (LOWENSTEIN 2009; BEGHI et al. 2010; THURMAN et al. 2011).

Eine Therapie der PTE, beziehungsweise Prophylaxe einer PTE, erweist sich durch die immer noch unbekannten, nach dem Trauma ablaufenden Mechanismen, als schwierig (D'AMBROSIO u. PERUCCA 2004; AGRAWAL et al. 2006; PITKANEN et al. 2009). Daher ist es momentan sowohl in der Humanmedizin, als auch in der Tiermedizin Standard, dass Patienten mit einem SHT, die unmittelbar nach dem Trauma epileptische Anfälle gezeigt haben, mit Antikonvulsiva für die nächsten 7 Tage behandelt werden (CHANG u. LOWENSTEIN 2003). Eine Standardmedikation dieser Patienten in der Tiermedizin ist bisher nicht bekannt. Jedoch orientiert man sich an der medikamentösen Therapie, die generell bei Epilepsie angewendet wird (PODELL et al. 2016).

In vorliegender Arbeit sollten die folgenden Hypothesen geprüft werden: 1) Natriumwerte korrelieren mit der Sterberate nach SHT, dem MGCS und dem Auftreten einer PTE; 2) PTT/PT korrelieren mit dem MGCS und 3) eine Langzeittherapie nach SHT ist zur Unterdrückung von Krampfanfällen zu empfehlen.

Material und Methoden

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Material und Methoden

Geräte und Materialien Klinikbedarf

 Lithium-Heparin Röhrchen (Mikro-Probengefäß, 1.3ml) o Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Deutschland

 Citrat Röhrchen (Mikro-Probengefäß, 1.3ml, 3.2% (1:10) o Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Deutschland

Geräte und Computersoftware

 “Coagulometer nach Schnitger und Gross”

o Fa. Amelung, Lemgo, Deutschland

 Siemens RapidLab 1260

o Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Deutschland

 easyVet

o IFS Informationssysteme GmbH, Hannover, Deutschland

 Anidata

o Comitas Software, Leipzig, Deutschland

 GraphPad Prism ® Version 6

o Fa. GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA

 SAS® Enterprise Guide® 7.1.

o SAS Institute GmbH, Heidelberg, Deutschland

Material und Methoden

14 Methoden

Datensammlung

Zur Sammlung und Beurteilung der Patienten wurden die Patientenprogramme AniData (Comitas Software, Leipzig, Deutschland) im Zeitraum zwischen 1998 bis 2009 und EasyVet (IFS Informationssysteme GmbH, Hannover, Deutschland) für den Zeitraum zwischen 2009 bis 2015 zur retrospektiven Evaluierung genutzt. Ziel dieser Suche war die Bildung von zwei Gruppen von Patienten. Diese sollte zum einen aus Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma (SHT) bestehen und zum anderen aus Patienten mit anderen Traumata, die nicht den Kopf betrafen (EHT). Suchbegriffe waren für SHT-Patienten:

 Schädel-Hirn-Trauma

 Schädelhirn-Trauma

 Schädelhirntrauma

 Autounfall

 Impressionsfraktur

 Fenstersturz

 Schädelfraktur

 SHT

Die Suchbegriffe für EHT-Patienten lauteten wie folgt:

 Trauma

 Autounfall

 Fenstersturz

Insgesamt wurden 692 Patienten mit Hilfe dieser Suchbegriffe in den Patientenprogrammen herausgefiltert. Davon waren 244 Patienten mit einem Schädel-Hirn-Trauma als Diagnose im Programm eingetragen worden und 448 Patienten mit einem Trauma, das nicht den Kopf betraf.

Die Einschlusskriterien für Patienten mit SHT, als auch mit EHT waren mindestens eine Blutuntersuchung inklusive Elektrolytanalyse. Außerdem durfte die Blutuntersuchung nicht später als 24 Stunden nach Vorstellung in der Klinik

Material und Methoden

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durchgeführt worden sein. Speziell für SHT-Patienten war ein weiteres Einschlusskriterium eine neurologische Untersuchung, in der Auffälligkeiten bezüglich der motorischen Aktivität, Hirnstamm-Reflexe, Bewusstseinsveränderungen und /oder Anfälle festgestellt wurden.

Als verstorben wurden jene Patienten gewertet, die in Folge des Traumas nicht mehr die Klinik lebend verlassen konnten. Patienten, die als Überlebende bewertet wurden waren Hunde, die die Klinik lebend verließen und nicht in direkter Folge auf das Trauma verstarben.

Retrospektiv wurde außerdem bei SHT-Patienten, bei denen initial eine neurologische Untersuchung durch einen Resident oder Diplomate des European College of Veterinary Neurology (ECVN) durchgeführt wurde, ein Modified Glasgow Coma Scale (MGCS) (n=43) evaluiert. Zusätzlich wurde bei SHT-Patienten mit MGCS die Gerinnung in Form von partieller Thromboplastin-Zeit (PTT) und Prothrombin-Zeit (PT) (n=25) evaluiert.

Die Blutnatrium-Werte wurden aus Blutproben, die in Lithium-Heparin Röhrchen (Mikro-Probengefäß, 1.3ml, 3.2% (1:10) Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Deutschland) gesammelt wurden, mittels RapidLab1260 (Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Deutschland) analysiert.

Die Patienten beider Gruppen (SHT und EHT) wurden anhand ihres Blutnatrium- Wertes (BNW) eingeteilt, wie in der folgenden Tabelle (Tabelle 2) dargestellt. Die Einteilung erfolgte nach Definition der Natriumwerte in „Small Animal Critical Care Medicine“ (SILVERSTEIN u. HOPPER 2015).

Tabelle 2 Einteilung der Blutnatrium-Werte

Einteilung Na-Wert

Hyponatriämie <140 mmol/L

Normaler Na-Wert 140 – 149 mmol/L

Milde Hypernatriämie 150-154 mmol/L

Schwere Hypernatriämie >150 mmol/L

Na-Werte = Natrium-Werte

Material und Methoden

16

Bei Patienten mit längeren klinischen Aufenthalten, die regelmäßig Blutbildanalysen und blutchemische Untersuchungen erhielten, wurden die Natriumwerte in chronologischer Reihenfolge aufgeführt und unterteilt in Entnahme 0-12 Stunden, 12- 24 Stunden, 24-48 Stunden, 2-4 Tage, 4-7 Tage und 1-2 Wochen nach dem Trauma.

Die Blutproben für die Analyse der PT und PTT der SHT-Patienten wurde in Citrat- Röhrchen (Mikro-Probengefäß, 1.3ml, 3.2% (1:10) Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Deutschland) gesammelt. Im Labor wurden die Gerinnungen mittels “Coagulometer nach Schnitger und Gross” (Fa. Amelung, Lemgo, Deutschland) ermittelt. SHT- Patienten mit initial analysierter Gerinnung wurden, wie in folgender Tabelle (Tabelle 3) dargestellt, eingeteilt.

Tabelle 3 Einteilung der Gerinnungsparameter

Klassifikation PT PT (%)

Verlängert <75

Normal 75 - 130

Verkürzt >130

Klassifikation PTT PTT (sec)

Verkürzt <10

Normal 10 – 13.1

Verlängert >13.1

PT = Prothrombinzeit; PTT = partielle Thromboplastinzeit; sec = Sekunden

% = Prozent

In Fortführung einer in dieser Arbeitsgruppe durchgeführten Studie (STEINMETZ et al. 2013) wurden SHT-Patienten zusätzlich auf die Entwicklung einer posttraumatischen Epilepsie (PTE) untersucht. Patientenbesitzer von Hunden, die zwischen 1998 und 2009 aufgrund eines SHTs vorgestellt wurden, wurden mittels eines Fragenbogens befragt (n =14). Inhalt dieses Fragebogens war vor allem, ob die Patienten in Folge eines SHT epileptische Anfälle entwickelt haben.

Patientenbesitzern von SHT-Patienten zwischen 2009 und 2015 wurden telefonisch über die weitere Entwicklung ihres Hundes befragt. Vor allem, ob sich in Folge des

Material und Methoden

17

Traumas epileptische Anfälle manifestierten (n=20). Für die Weiterführung der Studie wurden dieselben Fragen ausgewertet.

Patienten mit PTE wurden anhand des ersten epileptischen Anfalls wie folgt in Gruppen eingeteilt (AGRAWAL et al. 2006) (Tabelle 4).

Tabelle 4 Gruppierung der Patienten mit PTE

Gruppe Zeitpunkt des

ersten Anfalls

Unmittelbare PTE <24 h

Frühe PTE 24h – 7d

Späte PTE >7d

h = Stunden; d = Tage;

Statistische Analyse

Statistische Analysen wurden mit Hilfe des Statistik Programms SAS® Enterprise Guide 7.1. (SAS Institute GmbH, Heidelberg, Deutschland) durchgeführt.

Sowohl Patienten der Gruppe SHT, als auch Patienten der Gruppe EHT, wurden anhand ihrer BNWs auf ihre Normalverteilung mittels Shapiro-Wilk- und Kolmogorov- Smirnov-Test getestet. Des Weiteren wurde anhand der Einteilung der Patienten nach der Höhe des BNWs mittels einer logistischen Regression und einer Korrelationsanalyse die Sterbewahrscheinlichkeit in Abhängigkeit zum BNW analysiert. Außerdem wurde die Abhängigkeit im Besonderen bei Patienten mit einer Hypernatriämie mittels der gleichen Tests berechnet.

Im Weiteren wurde bei SHT-Patienten mit einem evaluierten MGCS ein Test auf Korrelation mittels der SAS-Korrelationsanalyse mit den BNW durchgeführt. Der gleiche Test wurde auch zur Evaluierung der Korrelation des PTT und PT mit dem MGCS angewendet.

Der „Cut-off-level“ wurde mittels einer ROC-Analyse mit Hilfe des Youden-Indexes berechnet.

Material und Methoden

18

Die Resultate sind in den beiden folgenden Publikationen, die zur Einreichung vorbereitet sind, zusammengefasst.

Publikationen

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Publikationen

Are hypernatremia and coagulopathy useful clinical biomarkers in dogs with head trauma? A retrospective study.

F. Riese¹, K.Rohn², S. Hoppe¹, A.Tipold^1,3

1 Department of Small Animal Medicine and Surgery University of Veterinary Medicine Hannover, Germany Bünteweg 9

D-30559 Hannover, Germany

2 Department for Biometry, Epidemiology and Information Processing University of Veterinary Medicine Hannover, Germany

Bünteweg 2

D-30559 Hannover, Germany

3 Centre for Systems Neuroscience D-30559 Hannover, Germany

Corresponding author: Franziska Riese

Department of Small Animal Medicine and Surgery University of Veterinary Medicine Hannover, Germany Bünteweg 9; D-30559 Hannover, Germany

Phone:0049-511-953-6200;Fax:0049-511-953-6204 E-mail: franziska.riese@tiho-hannover.de

Publikationen

20 Abstract

Background - This study was performed to evaluate clinical biomarkers as prognostic values in dogs with traumatic brain injury (TBI).

Hypothesis/Objectives - Hypernatremia, partial thromboplastin time (PTT) and prothrombin time (PT) are useful prognostic markers in patients with TBI. Dogs with posttraumatic epilepsy (PTE) have within the first 24 hours after the head trauma high sodium-levels and these levels are associated with outcome after TBI.

Animals – 692 dogs were reviewed in the clinic program. 244 dogs suffered TBI and 448 dogs had trauma without involvement of the head (EHT). 158 dogs with TBI and 169 dogs with EHT met the inclusion criteria.

Methods – Data of dogs presented between 1998 and 2015 were retrospectively reviewed in the clinic programs Anidata® and EasyVet®. Inclusion criteria were available sodium-levels and information about outcome resp. survival. If possible, a Modified Glasgow Coma Scale (MGCS) was evaluated, which was achieved in 43 dogs. In selected cases (n=25) PT and PTT were tested. Correlations between sodium-levels and outcome and PT and PTT and MGCS were evaluated using the program SAS Enterprise Guide 7.1®.

Results – TBI-patients with hypernatremia had a slightly higher risk to die (22.03%) than dogs with normal sodium-levels (19.76%). However, there was no significant correlation between sodium-levels and outcome in TBI-patients. Dogs with sodium- levels higher than 160 mmol/L were non-survivors. In dogs with late onset PTE more often hyponatremia and in dogs with immediate PTE mild hypernatremia or normal sodium-levels were measured. Evaluation of coagulation showed a strong correlation between PTT/PT and the MGCS (p=0.0006; p=0.0306).

Conclusions and clinical importance – In contrast to human patients sodium- levels displayed no significant correlation with survival in dogs with TBI in the current study. However, in cases with severe TBI, dog owners often elect euthanasia before severe hypernatremia can be measured. Late PTE was observed in cases with initial

Publikationen

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hyponatremia. Because of a significant correlation between PTT/PT and MGCS, coagulopathy might be considered as a prognostic clinical biomarker in TBI-patients.

Keywords – traumatic brain injury, biomarker, hypernatremia, coagulopathy, animal model

Introduction

Traumatic brain injury (TBI) is a common disease in cats and dogs (S. R. PLATT et al. 2001; FOLEY et al. 2009). Exact epidemiological data about the incidence of TBI are not available in veterinary medicine. About 20% of dogs and 35% of cats are presented for acute trauma (PODELL 1998). Evaluating only neurological cases traumatic injuries account for about 9% (FLUEHMANN et al. 2006). The main reasons for TBI are blunt vehicular trauma (SIMPSON et al. 2009), bite wounds, falls from a height (HOPKINS 1996; DEWEY 2000), crush injuries, and inadvertent or purposeful injuries from humans (SYRING et al. 2001).

In consequence to these injuries 18-24% of dogs with TBI die (SHARMA u.

HOLOWAYCHUK 2015). TBIs can be divided into primary and secondary injuries (DEWEY 2000). The primary lesions include the initial impact and consequences of hemorrhage, axonal injury, bone penetration or decreased perfusion (PODELL 1998;

DEWEY 2000; PRINS et al. 2013). Secondary injuries consist of biomechanical and pathophysiological changes like oxygen free radical production, ATP depletion or intracellular sodium and calcium accumulation (HOPKINS 1996; DEWEY 2000;

GREVE u. ZINK 2009). A possible consequence of secondary injuries may be a central/neurogenic diabetes insipidus (CNDI) due to decreased secretion of antidiuretic hormone (ADH/ vasopressin) (CAPATINA et al. 2015). CNDI occurs in 15.4% of human patients with head injury (HADJIZACHARIA et al. 2008) and may cause hypernatremia in TBI-patients due to dehydration and may evoke further electrolyte imbalances (MAGGIORE et al. 2009; JOHN u. DAY 2012). Therefore studies were already performed in human medicine evaluating the correlation between severe hypernatremia and death in TBI patients (MAGGIORE et al. 2009;

KOLMODIN et al. 2013; LI et al. 2013). In human medicine hypernatremia was found

Publikationen

22

to be an independent risk factor with extremely high odds ratio for death in patients with TBI (MAGGIORE et al. 2009; KOLMODIN et al. 2013; LI et al. 2013). In veterinary medicine the appearance of hypernatremia as well as hyponatremia was evaluated in patients with different primary disease processes (UEDA et al. 2015a, b). In human medicine the partial thromboplastin time (PTT) and prothrombin time (PT) is currently under evaluation as prognostic factor in TBI cases (MURRAY et al.

2007; DONAHUE et al. 2014). In the current study it should be assessed, if a correlation between sodium-levels in dogs after TBI and probability of death exists and if a correlation between PTT/PT and the Modified Glasgow Coma Scale (MGCS) can be detected. The hypothesis should be proven that hypernatremia and/or PTT/PT are useful biomarkers in daily routine examinations in veterinary clinics.

Furthermore the opportunity to use the dog as an animal model for human coagulopathy in TBI-patients should be discussed.

Materials and Methods

In this retrospective study the clinic program Anidata (Comitas Software, Leipzig, Germany) was used for searching patients with trauma excluding head injuries (EHT) and traumatic brain injury (TBI) between 1998 and 2010. Thenceforward the program easyVet (IFS Informationssysteme GmbH, Hannover, Germany) was searched for the time period between 2010 and 2015. Using these programs, 692 dogs with EHT and TBI were found.

Patients with TBI (n=244) were identified using a selection of key words including:

Traumatic brain injury, hit by car, kicked by horse, fall from a window, skull fracture.

Further inclusion criteria were neurological disorders during the first examination like abnormalities in motor activity, brain stem reflexes, level of consciousness or seizures.

In EHT-Patients (n=448) key words for inclusion were also hit by car, trauma, fall from a window. Head injuries had to be excluded and dogs were not allowed to show any neurological abnormalities. Additionally, in both groups at least one blood work including the measurement of electrolytes within the first 24 hours after trauma was a mandatory inclusion criterion.

Publikationen

23

Patients were excluded, when results of blood work examination were not available and/or the animals died before a neurological examination could be performed. In total 327 dogs fulfilled all inclusion criteria, 158 for TBI and 169 for EHT.

Modified Glasgow Coma Scale (MGCS) was available in 43 dogs based on the data of neurologic examinations performed by residents and diplomates of the European College of Veterinary Neurology (ECVN). Only in patients with a complete documented neurological examination in emergency service a correct initial MGCS was assessable. Evaluation of MGCS was based on the study of Platt et al. (S. R.

PLATT et al. 2001).

Dogs were assessed as survivors when they were sent home alive. On the other hand dogs were assessed as non-survivors when they died in the clinic in consequence of the trauma.

Electrolytes were analyzed after blood collection in tubes containing lithium-heparin (micro-specimen cup, 1.3ml, Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Germany) using Siemens RapidLab 1260 (Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany). Follow up examinations of sodium-levels were performed. The point in time and schedule depended on clinical development of individual patients. Patients were categorized in different groups according to their sodium-levels at initial measurement within the first 24 hours after trauma (Table 1). Ranges of sodium-levels were based on “Small Animal Critical Care Medicine” (SILVERSTEIN u. HOPPER 2015).

Table 1 Classification of sodium-levels in TBI- and EHT-patients

Group

Sodium-Levels

Hyponatremia <140 mmol/L

Normal-Sodium-Level 140 – 149 mmol/L

Mild Hypernatremia 150-154 mmol/L

Severe Hypernatremia >154 mmol/L

Coagulation profile was determined by measuring prothrombin time (PT %) and partial thromboplastin time (PTT sec) in 25 selected cases of 43 dogs with available data for MGCS. Blood was collected in tubes containing citrate (micro-specimen

Publikationen

24

tube, 1.3ml, 3.2% (1:10), Sarstedt AG & Co., Nümbrecht, Germany). PTT and PT were analyzed using the “Coagulometer Schnitger and Gross” (Fa. Amelung, Lemgo, Germany).

PT and PTT were classified as follows (Table 2).

Table 2 Classification of prothrombin time (PT) and partial thromboplastin time (PTT)

Classification PT PT-Level (%)

Prolonged <75

Normal 75 - 130

Shortened >130

Classification PTT PTT-Level (sec)

Shortened <10

Normal 10 – 13.1

Prolonged >13.1

PT = prothrombin time; PTT = partial thromboplastin time;

sec = seconds; %= percentage

In dogs with TBI development of posttraumatic epilepsy (PTE) was evaluated (STEINMETZ et al. 2013). PTE was characterized as described in Table 3 (AGRAWAL et al. 2006).

To discover the development of PTE, especially the late form, owners of patients presented before 2009 were interviewed using a questionnaire and telephone interviews (STEINMETZ et al. 2013). Owners of patients presented between 2009 and 2015 were interviewed by telephone only, but using the same questions as described before (STEINMETZ et al. 2013). Questionnaire and interviews included mainly questions about seizure development after TBI recovery.

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25 Statistical analyses

All statistical analyses were performed using SAS® Enterprise Guide® 7.1. (SAS Institute GmbH, Heidelberg, Germany). Logistic regression and correlation analyzes were performed. As a statistical significant correlation between hypernatremia and PTE or MGCS, as well as between PTT/PT and MGCS in TBI-patients P<0.05 was defined. The effect of serum-sodium-levels of patients with TBI and EHT in comparison to survivors and non-survivors was analyzed using distribution analyzes and calculating odds ratio. Categorical variables are presented as count and percentage. Normal distribution was tested by Shapiro-Wilk- and Kolmogorov- Smirnov-Test. “Cut-off-levels” were recessed with ROC-curve analyzes and sensitivity and specificity were defined.

Results

Inclusion criteria were met by 327 dogs.

These dogs were divided into two groups. Group Ⅰ (n=158 dogs) consisted of patients with traumatic brain injury (TBI) and Group Ⅱ (n=169 dogs) consisted of dogs with a trauma excluding head injuries (EHT).

Group Ⅰ (traumatic brain injury)

Included in this group of 158 patients were intact males (69/158 dogs, 43.67%), neutered males (15/158 dogs, 9.49%), intact females (61/158 dogs, 38.61%) and spayed females (13/158 dogs, 8.23%). The most frequently affected dogs were mixed breeds (41 dogs, 12.54%) and terriers (40 dogs, 12.23%). All affected breeds were divided according to the scheme of the Fédération Cynologique Internationale (FCI) and were represented as shown in Table 4.

The age of the patients ranged between three months and 18 years (mean 3.79 years). 152 (152/158, 96.20%) dogs of this group suffered a blunt trauma and six

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26

(6/158, 3.80%) a penetrating trauma. 79.11 % of TBI patients recovered. A total of 33 (20.89%) dogs with TBI died spontaneously or were euthanized. Of these 33 dogs, 20 (20/158 dogs, 12.66%) were euthanized in agony or because of poor prognosis on request of the owners. 16 dogs were euthanized within the first week after trauma, four dogs after more than one week after trauma. The other 13 dogs (13/158 dogs, 8.23%) suffered sudden death within the first week after trauma (Fig. 1, Table 5).

Figure 1 Survivors (79.11%) and non-survivors (20.89%) after TBI. Non-survivors were divided into dogs that suffered sudden death (8.23%) or that were euthanized (12.66%).

n= Number of patients; %= percentage

At initial examination of the 158 dogs with TBI, 13 (13/158 dogs, 8.23%) developed hyponatremia, 86 (86/158 dogs, 54.43%) had normal sodium-levels, 48 (48/158 dogs, 30.38%) had mild hypernatremia and eleven (11/158 dogs, 6.96%) had severe hypernatremia (Table 5).

1 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5

%

S u d d e n d e a th ( n = 1 3 , 8 . 2 3 % )

E u th a n a s ia n = 2 0 , 1 2 .6 6%

S u r v iv o r s ( n = 1 2 5 , 7 9 . 1 1 % )

N o n - s u r v iv o r s ( n = 3 3 , 2 0 . 8 9 % )

Publikationen

27

Figure 2 Follow up examinations of sodium-levels in TBI-patients

Measured sodium-levels in TBI-patients (blue dots) depended on the time period of measurements.

Horizontal red dotted line represents the “cut-off-level” for hypernatremia (149 mmol/L). Horizontal green dotted line displays the “cut-off-level” for survivors. Dogs with higher sodium-levels than 160 mmol/L did not survive. The median value was 146 mmol/L with a variance between min: 121 mmol/L;

max:168 mmol/L. Horizontal orange dotted line displays the specificity and sensitivity with the highest Youden-Index at the level of 151.5 mmol/L.

h= hours; d=days; w=weeks, mmol/L= millimol per liter; TBI=traumatic brain injury

Dogs with severe and mild hypernatremia had a higher mortality rate, than dogs with normal sodium-levels or hyponatremia. In these dogs with severe and mild hypernatremia (59/158 dogs, 37.34%) the mortality rate was 22.03% (13 non- survivors/59 dogs). In comparison, dogs with normal sodium-levels had a mortality rate of 19.76 % (17 non-survivors/86 dogs). However, in TBI-patients the correlation between sodium-levels and survival was not significant in logistic regression tests (p=0.6357) and in correlation analyzes (p=0.6864). Albeit a significant correlation between sodium-levels and survival could not be detected, the mortality was 100% in 3 dogs with severe hypernatremia (>160 mmol/L) within the first 24 h after trauma.

Sodium-levels >151.5 mmol/L can be considered as “cut-off-levels” between

0 - 1 2 h 1 2 - 2 4 h 2 4 - 4 8 h 2 - 4 d 4 - 7 d 1 - 2 w 1 0 0

1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0

P o in t o f m e a s u r e m e n t Sodium-levels in TBI-patients mmol/L

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surviving and non-surviving dogs with TBI in the current study (Fig. 2) with a specificity of 83.33% and a sensitivity of 37.50% and with the highest Youden-Index.

In Figure 2 follow up examinations of sodium-levels are displayed: During the first 24 h after trauma there is a tendency for an increase in sodium-levels, which is followed by a decrease to normal levels. Not all patients were measured at all time points since some dogs did not survive or improved dramatically. In these patients follow-up examinations were not performed.

Partial thromboplastin time (PTT) and prothrombin time (PT) were evaluable in 25 dogs with TBI and MGCS. In ten dogs (10/25 dogs, 40%) the PTT was prolonged (Fig.3a). In eight dogs (8/25 dogs, 32%) the PT was prolonged (Fig.3b). Six dogs had simultaneously prolonged PTT and PT values (Table 6). The negative correlation between PTT and MGCS was significant (p=0.0006; r=-.6583) (Fig. 3a) as well as the positive correlation between PT and MGCS (p=0.0306; r=0.4515) (Fig. 3b).

8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8

0 5 1 0 1 5 2 0

M G C S / P T T

P T T ( s e c )

MGCS

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0

0 5 1 0 1 5 2 0

M G C S /P T

P T ( % )

MGCS

B) Correlation between MGCS and PT (p=0.0306*; r=0.4515)

MGCS =Modified Glasgow Coma Scale;

PT = prothrombin time;

*= p≤0.05 Figure 3 Correlations between MGCS and PTT/PT

A) Correlation between MGCS and PTT (p=0.0006***; r=-0.6583)

MGCS= Modified Glasgow Coma Scale;

PTT= partial thromboplastin time;

***= p≤0.001

A B

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Evaluation of questionnaires and telephone interviews revealed that twenty dogs (20/158 dogs, 12.65%) developed posttraumatic epilepsy (PTE) after TBI. Of those 20 dogs with PTE, 16 dogs developed seizures immediately after the trauma. Only one dog had seizures within the first week after trauma and in three dogs the onset of seizures was delayed up to two years after trauma.

Table 3 Development of posttraumatic epilepsy in dogs and sodium-levels at initial blood examination within 24 hours after trauma

Time of seizure onset

(after initial trauma)

All

PTE

n

Hyponatremia

n

Normal sodium- levels

N

Mild Hypernatremia

n

Severe Hypernatremia

n

Immediately

<24 h

16 2 6 7 1

Early

24h-7d

1 0 0 1 0

Late

>7d

3 2 1 0 0

PTE = Posttraumatic epilepsy; n= Number of dogs; h = hour; d = days

Evaluating this low number of dogs with PTE, more dogs with a late onset PTE had hyponatremia (2/3 dogs), whereas dogs with immediate seizure onset rather had normal sodium-levels (6/16 dogs) or hypernatremia (8/16 dogs) (Table 3). Dogs with hypernatremia after TBI had no higher risk to develop PTE (p=0.4520) than dogs with normal sodium-levels or hyponatremia (p=0.5565).

In 43 dogs a modified Glasgow Coma Scale (MGCS) was calculated. Only dogs that were initially examined by residents and diplomates of the European College of Veterinary Neurology (ECVN) were included. The mean of MGCS values was 12.64 (min 6 - max 18). The MGCS did not correlate with sodium-levels (p=0.4006). In dogs

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with hypernatremia the correlation between MGCS and hypernatremia is present but not significant (p=0.0602)

Figure 4 Distribution of sodium- levels and Modified Glasgow Coma Scales MGCS= Modified Glasgow Coma Scale; TBI= traumatic brain injury; += Mean

Of 22 dogs with hypernatremia three had a MGCS of 3-8, 12 dogs had a MGCS of 9- 14 and seven dogs had a MGCS of 15-18. In the groups of dogs with normal-sodium- levels and hyponatremia only one dog had a MGCS of 3-8 in each group. In summary, dogs with hypernatremia had more often a lower MGCS.

Group Ⅱ (trauma excluding the head)

In this group 73 intact males (73/169 dogs, 43.98%), 26 neutered males (26/169 dogs, 15.66%), 58 intact females (58/169 dogs, 34.94%) and nine spayed females (9/169 dogs, 5.42%) were included. The most frequently occurring breeds were mixed breed dogs (45 dogs, 13.76%) (Table 4). Dogs of this group had at the time of presentation an age between 2 months and 15 years (mean 4.41 years). Fourteen

3-8

9-14

15-18 1 0 0

1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0

M G C S Sodium-Levels in TBI-patients mmol/L

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dogs (14/169 dogs, 8.28%) died in direct context to the suffered trauma. Eight (4.73%) of these 14 dogs were euthanized on request of the owners because of poor prognosis or agony. Within the first week seven of these eight dogs were euthanized and one dog was euthanized after nine days (Table 5). The other six (3.55%) dogs died spontaneously within the first week after trauma (Table 5).

In this group of 169 dogs twelve (12/169 dogs, 7.10%) suffered hyponatremia, 120 (120/169, 71.01%) had normal serum-sodium-levels, 33 (33/169, 19.53%) had a mild hypernatremia and four (4/169, 2.37%) dogs developed severe hypernatremia. In comparison to group Ⅰ, dogs did not have an increased mortality rate when developing severe or mild hypernatremia. Dogs with severe hypernatremia or mild hypernatremia had a probability to die of 2.70% (1/37 dogs, 2.70%), dogs with normal sodium-levels even had a higher probability to die (11/120 dogs, 9.17%).

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Table 4 Distribution of breeds included in the study

TBI= traumatic brain injury; EHT= trauma excluding the head

Breed SHT

n

EHT n

total n

Mix-Breed 41

12.54%

45 13.76%

86 26.30%

Sheepdogs and Cattledogs

(except Swiss Cattledogs) 5 1.53%

17 5.20%

22 6.73%

Pinscher and Schnauzer - Molossoid and Swiss Mountain and Cattledogs

15 4.59%

14 4.28%

29 8.78%

Terrier 40

12.23%

24 7.34%

64 19.57%

Dachshunds 11

3.36%

9 2.75%

20 6.12%

Spitz and primitive types 4 1.22%

2 0.61%

6 1.83%

Scent hounds and related

breeds 1

0.31%

8 2.45%

9 2.75%

Pointing Dogs 8

2.45%

8 2.45%

16 4.89%

Retrievers - Flushing Dogs -

Water Dogs 9

2.75%

18 5.50%

27 8.26%

Companion and Toy Dogs 23 7.03%

19 5.81%

42 12.84%

Sighthounds 1

0.31%

5 1.53%

6 1.83%

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Table 5 Overview of study patients: survivors and non-survivors, partial thrombin time, prothrombin time and sodium-levels in patients with traumatic brain injury and trauma excluding the head

n=158 dogs TBI

n=169 dogs

EHT

Euthanasia Σ 20

Day 0: 1 Day 1: 6 Day 2: 5 Day 3: 2 Day 4: 2

>7 d : 4

12.66% Σ 8

Day 0: 4 Day 1: 1 Day 4: 1 Day 5: 1 Day 9: 1

4.73%

Spontaneous death Σ13

Day 0: 3 Day 1: 5 Day 2: 3 Day 4: 1 Day 6: 1

8.23% Σ6

Day0: 1 Day1: 2 Day2: 1 Day5: 1 Day6: 1

3.55%

Survivors 125 79.11% 155 91.72%

Sodium-levels n = 158 n=169

Severe Hypernatremia 11 6.96% 4 2.37%

Survivors 9 3

Non-Survivors 2 1

Mild Hypernatremia 48 30.38% 33 19.53%

Survivors 37 33

Non-Survivors 11 0

Normal Sodium-levels 86 54.43% 120 71.01%

Survivors 69 109

Non-Survivors 17 11

Hyponatremia 13 8.23% 12 7.10%

Survivors 10 10

Non-Survivors 3 2

All Dogs with Hypernatremia n = 59 n=37

Non-survivors with Hypernatremia

13 22.03% 1 2.70%

TBI=traumatic brain injury; EHT= trauma excluding the head;

Severe Hypernatremia: >154 mmol/L; Mild Hypernatremia: 150-154 mmol/L; Normal sodium-levels: 140- 149mmol/L; Hyponatremia: <140 mmol/L