The prognostic role of inter-day serum sodium changes in traumatic brain injury: a multicenter retrospective study

Traumatic brain injury (TBI) remains a major cause of mortality in intensive care units, yet the impact of dysnatremia on patient outcomes is not fully understood. Serum sodium is essential for maintaining osmotic balance and regulating water movements across the blood–brain barrier and cellular membranes. Disruptions in sodium homeostasis can alter these gradients, adversely affecting neuronal function and promoting cerebral edema—a critical issue in TBI, where compromised cerebral compliance magnifies the effects of swelling. This study aimed to verify whether dynamic sodium fluctuations—both within and between days—independently predict mortality in TBI patients, and to determine which temporal scale provides the most robust prognostic information. We conducted our investigation on a retrospective dataset of 628 adult TBI patients admitted to 14 Italian ICUs. We utilized time-series data for serum sodium and intracranial pressure (ICP) by implementing a data processing pipeline that resampled raw measurements at equally spaced time points. This approach enabled us to extract dynamic features from the time series reliably and comparably among patients. These features were then integrated with demographic and clinical variables, as well as dynamic factors including ICP trends and Therapy Intensity Levels, to evaluate their influence on patient outcomes. Our analysis revealed that intra-day sodium variability was significantly higher among non-survivors; however, inter-day variability proved more predictive, with non-survivors showing 4.8 ± 2.8 mmol/L compared to 3.3 ± 2.2 mmol/L in survivors. In addition, mean peak ICP values were markedly elevated in non-survivors (32.4 ± 24.5 mmHg versus 14.5 ± 9.1 mmHg). These measurements were incorporated into a logistic regression model that achieved an ROC AUC of approximately 0.89, confirming that large day-to-day sodium fluctuations are an independent prognostic factor. In conclusion, our work demonstrates that beyond traditional static thresholds, sustained fluctuations in serum sodium significantly increase the risk of mortality in TBI patients.

Il trauma cranico (TBI) rimane una delle principali cause di mortalità nelle terapie intensive, tuttavia l'impatto della disnatremia sugli esiti clinici dei pazienti non è ancora pienamente compreso. Il sodio sierico svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'equilibrio osmotico e nella regolazione dei movimenti d'acqua attraverso la barriera emato-encefalica e le membrane cellulari. Alterazioni dell'omeostasi del sodio possono modificare tali gradienti, compromettendo la funzionalità neuronale e favorendo l'edema cerebrale, particolarmente problematico nei pazienti con TBI a causa della ridotta compliance cerebrale. Questo studio ha lo scopo di verificare se le fluttuazioni dinamiche del sodio—sia intra- che inter-giornaliere—costituiscano un fattore prognostico indipendente per la mortalità, identificando inoltre la scala temporale più appropriata per tali valutazioni. L'analisi è stata condotta su un dataset retrospettivo di 628 pazienti adulti con TBI ricoverati in 14 terapie intensive italiane. Abbiamo sviluppato una pipeline di analisi basata sul campionamento uniforme delle serie temporali di sodio sierico e pressione intracranica (PIC), da cui abbiamo estratto variabili dinamiche relative a entità, velocità e variabilità intra- e inter-giornaliera. Sebbene la variabilità intra-giornaliera fosse significativamente più alta nei non sopravvissuti, quella inter-giornaliera ha mostrato una maggiore capacità predittiva (4.8 ± 2.8 mmol/L nei deceduti rispetto a 3.3 ± 2.2 mmol/L nei sopravvissuti). Inoltre, i valori medi massimi di PIC risultavano marcatamente più elevati nei non sopravvissuti (32.4 ± 24.5 mmHg vs. 14.5 ± 9.1 mmHg). Un modello finale di regressione logistica ha raggiunto un'AUC ROC pari a circa 0.89, confermando che ampie fluttuazioni giornaliere della natremia costituiscono un fattore prognostico indipendente. In conclusione, oltre ai tradizionali valori soglia, significative variazioni giornaliere della natremia aumentano sensibilmente il rischio di mortalità nei pazienti con TBI.