Acoplamiento de flujo cerebral-metabolismo durante la cirugía de adultos

El cerebro es un órgano altamente metabólicamente activo, que recibe aproximadamente el 15% del gasto cardíaco con un flujo sanguíneo cerebral (FSC) normal de aproximadamente 50 ml/100 g/min. En circunstancias normales, el FSC está estrechamente relacionado con el metabolismo cerebral local. Un aumento de la actividad metabólica cerebral de una región del cerebro desencadenará un aumento correspondiente del flujo sanguíneo a esa región del cerebro. Por el contrario, una reducción de la actividad metabólica cerebral conducirá a una reducción del flujo sanguíneo. Este fenómeno fisiológico estrictamente controlado se conoce como acoplamiento de flujo-metabolismo.

Se cree que el acoplamiento flujo-metabolismo es un mecanismo de protección fisiológica de avance en el que la actividad neuronal aumenta directamente el CBF, igualando así el aumento del suministro de energía. En caso de hipoperfusión cerebral (es decir, reducción del CBF), los vasos cerebrales se dilatarían en compensación y se incrementaría la fracción de extracción de oxígeno local (OEF). Si la hipoperfusión cerebral persiste y está por debajo del umbral, se suprimiría la actividad de las células cerebrales, lo que resultaría en la reducción de la tasa metabólica cerebral (CMR) y el requerimiento metabólico cerebral de oxígeno (CMRO2). Este mecanismo de acoplamiento flujo-metabolismo está bien estudiado utilizando una exploración PET tanto en voluntarios sanos como en pacientes con condiciones patológicas. Es importante destacar que esta propiedad fisiológica del metabolismo del flujo en respuesta a la isquemia cerebral puede usarse como un indicador anterior de isquemia cerebral durante la cirugía. En otras palabras, el monitoreo que indica una caída repentina en CMRO2 o un aumento en OEF puede servir como un marcador temprano de isquemia cerebral. Sin embargo, debido a las limitaciones técnicas, la detección al lado de la cama de cambios fisiológicos tan sutiles es un desafío, especialmente en los entornos intraoperatorios. Además, muchos factores fisiológicos, patológicos y farmacológicos pueden afectar esta relación de acoplamiento flujo-metabolismo y, por lo tanto, afectar la interpretación de los cambios de CMRO2/OEF como indicador de isquemia cerebral. Se requieren estudios adicionales para abordar cómo los anestésicos pueden confundir la interpretación.

Diferentes agentes anestésicos pueden alterar el acoplamiento flujo-metabolismo de diferentes maneras. La tasa metabólica cerebral está determinada por una serie de factores, incluido el estado funcional del sistema nervioso, los fármacos anestésicos y la temperatura corporal. El efecto de los fármacos anestésicos individuales sobre la CMR ha sido bien estudiado. En resumen, la mayoría de los fármacos anestésicos suprimen la CMR de forma dosis-dependiente, a excepción de la ketamina y el óxido nitroso (N2O). La supresión anestésica de la RMC se debe principalmente a la reducción de las actividades electrofisiológicas. Estudios previos han demostrado que varios anestésicos, incluidos los barbitúricos, el isoflurano, el sevoflurano, el desflurano, el propofol y el etomidato, pueden aumentar las concentraciones plasmáticas y causar una supresión progresiva de la actividad del EEG y una reducción concomitante de la CMR.

Para complicar aún más el problema, durante la cirugía, el anestesiólogo debe mantener una presión de perfusión cerebral adecuada para garantizar que haya suficiente FSC para satisfacer las demandas metabólicas. La inducción de la anestesia general a menudo se asocia con una reducción de la presión arterial media (PAM) y de la presión de perfusión cerebral que se atribuye a una disminución del gasto cardíaco (GC) y la resistencia vascular sistémica (RVS). Muchas condiciones intraoperatorias, como la pérdida de sangre y el posicionamiento quirúrgico, pueden comprometer aún más la presión arterial del paciente y, por lo tanto, el FSC. La fenilefrina y la efedrina se administran comúnmente durante los procedimientos neuroquirúrgicos para contrarrestar la depresión cardiovascular y tratar la hipotensión relacionada con la anestesia. Los estudios de espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) en pacientes anestesiados sugieren que la fenilefrina reduce la saturación de oxígeno cerebral regional (StO2) en comparación con la efedrina, a pesar de un marcado aumento en la PAM. Los resultados de estos estudios son contradictorios y tienen varias limitaciones.

NIRS ha sido reconocido durante mucho tiempo como un neuromonitor prometedor debido a la relativa transparencia del tejido a la luz en el rango del infrarrojo cercano y la dependencia de la absorción de luz en la oxigenación de la hemoglobina, lo que proporciona un método no invasivo para medir StO2. Además, NIRS es extremadamente seguro, económico y proporciona monitoreo en tiempo real. Los sistemas comerciales están disponibles y se han utilizado para la monitorización neurológica durante una variedad de procedimientos quirúrgicos con un riesgo asociado de lesión cerebral, incluido el bypass de la arteria coronaria y la endarterectomía carotídea.1,2 A pesar de las ventajas de NIRS, su precisión diagnóstica para detectar isquemia intraoperatoria es controvertida.3 Una revisión sistemática reciente concluyó que:

"NIRS tiene baja sensibilidad y alta especificidad para identificar la isquemia intraoperatoria... La contribución de la señal extracraneal fue muy variable". 4

Esta conclusión refleja las dos limitaciones principales de los sistemas NIRS comerciales. Primero, la relación entre StO2 e isquemia no es directa ya que StO2 no solo depende del FSC sino también de la demanda metabólica del tejido. En segundo lugar, la absorción de luz en el cuero cabelludo y el cráneo es una fuente importante de contaminación de la señal. De hecho, más del 80 % de la señal NIRS se origina en los tejidos extracerebrales, ya que la distancia desde la superficie de la piel hasta el cerebro oscila entre 1,0 y 1,5 cm. Como resultado, los cambios hemodinámicos en los tejidos superficiales pueden eclipsar las señales relacionadas con el cerebro. Debido a estas dos limitaciones, no se ha establecido un umbral de StO2 específico para identificar la isquemia intraoperatoria.

Nuestro equipo ha estado desarrollando tecnologías para abordar las dos limitaciones principales de los sistemas NIRS comerciales. Con respecto a la mejora de la sensibilidad de profundidad, hemos desarrollado un sistema NIRS de resolución temporal (tr) que mide el tiempo que tardan los fotones en viajar a través del tejido.5 Basado en el principio de que el tiempo es igual a la distancia, la luz que interroga el cuero cabelludo y el cráneo se registra antes que la luz que llega al cerebro.

Para proporcionar una monitorización continua del flujo sanguíneo, hemos combinado trNIRS con una tecnología óptica complementaria conocida como espectroscopia de correlación difusa (DCS). En lugar de medir la absorción de luz, DCS mide las fluctuaciones temporales de la señal causadas por el movimiento de los dispersores de luz, que en el tejido está dominado por el flujo sanguíneo de la microvasculatura (es decir, perfusión tisular).8 Al igual que NIRS, DCS puede verse afectado por cambios de señal en el tejido superficial, aunque tiene la ventaja intrínseca de que el flujo sanguíneo es considerablemente mayor en el cerebro en comparación con el cuero cabelludo (~ 5:1)9. Para separar las dos contribuciones de la señal, nuestro sistema adquiere datos a dos distancias fuente-detector: una distancia corta para monitorear el flujo sanguíneo del cuero cabelludo y una distancia más larga con mayor sensibilidad al CBF.10 Anteriormente, usamos DCS para monitorear la estabilidad del CBF en bebés prematuros durante los primeros días de vida y durante la cirugía cardiaca.11,12 Un artículo reciente que investigó el uso de DCS para monitorear el CBF durante la endarterectomía carotídea informó una reducción promedio en la perfusión del 57% con pinzamiento13.

Nuestro híbrido trNIRS/DCS, que se muestra, tiene la capacidad de medir CBF y StO2 simultáneamente. Con esta combinación, el metabolismo del oxígeno en el cerebro, que se conoce como tasa metabólica cerebral de consumo de oxígeno (CMRO2), se puede calcular combinando las dos mediciones.

Sobre la base de esta nueva técnica de cabecera desarrollada, planeamos evaluar cómo cambian CBF y CMRO2 bajo anestesia general y sus respuestas a la fenilefrina y la efedrina durante la hipotensión.

Todos los participantes del estudio serán reclutados y consentidos de acuerdo con las pautas de ética locales. Los anestesiólogos asistentes y los cirujanos no estarán cegados debido a la naturaleza de la intervención. Sin embargo, los pacientes y los evaluadores de resultados estarán cegados en cuanto a la intervención de tratamiento. Todos los pacientes recibirán atención anestésica estándar y el manejo quirúrgico y anestésico de los pacientes se llevará a cabo de manera estándar y no se modificará en este estudio. La anestesia se inducirá con fentanilo de 1-2 mcg/kg, propofol de 1,5-3 mg/kg, rocuronio de 0,6-0,9 mg/kg. Se controlará automáticamente la presión arterial, el electrocardiograma, la oximetría de pulso, la capnografía, la temperatura esofágica y la concentración de oxígeno y CO2 inspirado y espirado. Se aplicará ventilación controlada con 50% de oxígeno en el aire y los niveles de CO2 al final de la espiración se mantendrán entre 35 y 40 mmHg. La saturación de oxígeno se mantiene por encima del 96%. La FiO2 se puede aumentar si se produce una desaturación arterial. La temperatura corporal se mantendrá por encima de 36 ℃. Después de la cirugía, los pacientes serán extubados y trasladados a la PACU. La profundidad de la anestesia se controlará continuamente mediante el índice biespectral (BSI) o el índice de estado del paciente (PSI).

Todos los pacientes serán monitoreados por el dispositivo trNIRS/DCS desde la inducción de la anestesia hasta la finalización de la cirugía. El sensor NIRS se colocará en la frente del paciente.

Antes de la inducción de la anestesia, se medirán los parámetros metabólicos y hemodinámicos cerebrales basales preoperatorios, como ScO2, CBF, CMRO2 y OEF, durante 1 minuto. La monitorización continuará durante la inducción de la anestesia y la intubación traqueal. Después de la inducción de la anestesia, se obtendrán los parámetros hemodinámicos y metabólicos cerebrales posteriores a la inducción.

Después de la intubación traqueal con vía aérea asegurada, se administrarán agentes de mantenimiento y vasopresores según el grupo asignado. Los cuatro posibles grupos asignados son los siguientes:

Grupo 1: mantenimiento anestésico a base de propofol con fenilefrina utilizada como vasopresor Grupo 2: mantenimiento anestésico a base de propofol con efedrina utilizada como vasopresor Grupo 3: mantenimiento anestésico a base de sevoflurano con fenilefrina utilizada como vasopresor Grupo 4: mantenimiento anestésico a base de sevoflurano con efedrina utilizada como vasopresor

Agentes de mantenimiento

• Para el grupo propofol, el paciente recibirá propofol como agente de mantenimiento durante la cirugía. La dosis típica es de 150-200 mg/kg/min.
• Para el grupo de sevoflurano, el paciente se mantendrá con 1 CAM de sevoflurano durante la cirugía.
• Tanto el propofol como el sevoflurano son agentes de mantenimiento de uso común, y la profundidad de la anestesia se mantendrá en 30-40 PSI (rango normal 25-50) independientemente de la elección de los agentes. Los anestesiólogos utilizan ambos agentes con frecuencia y, en nuestra práctica diaria, la elección de los agentes anestésicos se basa principalmente en la preferencia personal, con la excepción de pacientes con contraindicaciones específicas, como hipertermia maligna o alergia a medicamentos.

Agentes vasopresores

• Para el grupo de fenilefrina, el paciente recibirá una infusión de fenilefrina como vasopresor principal de elección.
• Para el grupo de efedrina, el paciente recibirá una infusión de efedrina como vasopresor principal de elección.
• El vasopresor solo se administrará para mantener la PAM entre el 0 y el 20 % por encima de la línea de base. En la práctica de la anestesia general, la efedrina y la fenilefrina se pueden administrar como inyección en bolo o infusión. En este estudio, se utiliza un régimen de infusión debido a la necesidad de mantener una presión arterial estable durante mediciones repetidas de la hemodinámica cerebral en estado estacionario en cada grupo. En pacientes con hipotensión refractaria a pesar de la infusión de fenilefrina o efedrina, se utilizarán otros vasopresores o inotrópicos. Para pacientes que no recibieron ningún vasopresor (p. sin hipotensión durante toda la cirugía) o que reciben múltiples tipos de vasopresores, analizaremos sus datos usando un enfoque de intención de tratar y según el protocolo.

Los resultados neurológicos de los pacientes en la unidad de cuidados postanestésicos (PACU) también se recopilarán mediante un examen físico de rutina.