Misurazioni non invasive della perfusione renale durante la cardiochirurgia

Il danno renale acuto (AKI) è una complicanza purtroppo comune della cardiochirurgia che si verifica fino al 40% dei pazienti e si traduce in un aumento della mortalità, prolungamento della degenza in terapia intensiva e in ospedale. L'AKI dopo la cardiochirurgia non è una complicanza benigna, aumentando la mortalità dall'1% al 19% in quelli con AKI e al 63% in quelli che necessitavano di terapia renale sostitutiva (RRT). In un altro studio, i pazienti con AKI con RRT dopo cardiochirurgia avevano una mortalità 39 volte superiore a quella dei pazienti senza AKI (95% CI 32-48).[6] L'AKI è stato anche associato a una maggiore morbilità ea un maggior numero di pazienti che richiedono la dimissione in una struttura di assistenza estesa.

La fisiopatologia dell'AKI dopo cardiochirurgia è multifattoriale. I pazienti sottoposti a cardiochirurgia sono probabilmente più suscettibili all'AKI data la loro tendenza ad essere pazienti più anziani con molteplici comorbilità tra cui malattia renale cronica preesistente, disfunzione cardiaca, diabete mellito ed età avanzata. I pazienti sottoposti a cardiochirurgia sono anche esposti a più agenti nefrotossici nel periodo perioperatorio, compresi i coloranti radiocontrasto utilizzati per l'angiografia, gli inibitori dell'enzima di conversione dell'angiotensina e i diuretici. I pazienti emodinamicamente instabili possono essere soggetti a bassa gittata cardiaca e bassa pressione sanguigna sistemica a causa della condizione patologica che li porta in primo luogo alla sala operatoria cardiaca. Una bassa gittata cardiaca e una pressione arteriosa sistemica possono determinare una ridotta perfusione renale. L'induzione e il mantenimento dell'anestesia possono provocare depressione miocardica e instabilità emodinamica, riducendo ulteriormente la perfusione renale. Nella maggior parte dei casi, la cardiochirurgia è facilitata dal bypass cardiopolmonare (CPB), che consiste nel posizionare il paziente su una macchina cuore-polmone che pompa, ossigena e rimuove la CO2 dal sangue del paziente mentre il cuore è in arresto. È noto che il circuito CPB stesso causa infiammazioni significative e cambiamenti emodinamici che possono causare danni renali, in particolare con tempi di CPB prolungati. Agenti vasopressori e inotropi come vasopressina, norepinefrina, milrinone ed epinefrina sono spesso usati per mantenere la pressione arteriosa e la gittata cardiaca. Mentre alcuni di questi agenti possono aumentare la pressione arteriosa sistemica aumentando la resistenza vascolare sistemica, ciò può in realtà comportare una diminuzione della perfusione renale. L'effetto di questi agenti sull'incidenza di AKI è incerto.

Tradizionalmente, la diagnosi di AKI si basa su un calo prolungato della produzione di urina o su un aumento della creatinina sierica. La classificazione KDIGO (Kney Disease Improving Global Outcomes) del 2012 definisce l'AKI come un aumento della creatinina sierica di 0,3 mg/dl o più in 48 ore o un aumento di almeno 1,5 volte rispetto al basale. Vengono quindi definiti tre stadi di AKI in base all'aumento dei valori della creatinina sierica o alla durata della diminuzione della produzione di urina.

La principale limitazione della creatinina e della produzione di urina come marcatore della funzione renale è l'intervallo di tempo tra la lesione e la diagnosi. Spesso occorrono 24-36 ore dopo il danno renale perché i livelli di creatinina sierica aumentino. La diuresi perioperatoria è influenzata dallo stato volemico, dai farmaci anestetici e dall'uso di diuretici e di AKI non viene diagnosticata fino a quando non si è verificata l'oliguria per almeno 6-12 ore. Ciò rende le misurazioni della creatinina sierica e della diuresi insensibili ai cambiamenti acuti della funzione renale e relativamente inutili nella diagnosi acuta di AKI durante e dopo la cardiochirurgia.

Più recentemente, sono stati sviluppati diversi biomarcatori precoci per identificare i pazienti a rischio di sviluppare AKI. Due di questi biomarcatori, TIMP-2 e IGFBP7, sono stati utilizzati per la previsione precoce di AKI nei pazienti in terapia intensiva e cardiochirurgici. Tuttavia, la "rilevazione precoce" con questi biomarcatori è limitata a 3-4 ore (e in alcuni studi 24 ore) dopo il danno renale.

Uno dei maggiori limiti negli sforzi per ridurre l'incidenza di AKI in cardiochirurgia è la mancanza di un monitoraggio in tempo reale della perfusione renale. Come accennato in precedenza, la produzione di urina è ben nota per essere un cattivo indicatore della perfusione renale. Mentre la velocità del flusso urinario può essere linearmente correlata alla pressione sanguigna durante il CPB, questo è probabilmente correlato a un fenomeno chiamato diuresi pressoria ed è improbabile che sia un riflesso di una migliore perfusione renale. Il flusso sanguigno renale può essere misurato incannulando la vena renale attraverso un catetere venoso centrale posizionato nella vena femorale. Questa, tuttavia, è una tecnica altamente invasiva e non viene utilizzata di routine.

A causa della mancanza di monitoraggio in tempo reale del rene durante la cardiochirurgia, gli anestesisti sono spesso lasciati a formulare ipotesi plausibili su quale pressione arteriosa e gittata cardiaca siano adeguate per la perfusione renale sulla base della pressione arteriosa basale del paziente e della funzione renale. In un paziente con una lunga storia di ipertensione e/o malattia renale cronica, l'obiettivo dell'anestesista è spesso quello di cercare di mantenere una pressione arteriosa media (MAP) più elevata del normale durante e dopo il CPB al fine di "migliorare la perfusione renale". Ci sono pochissimi dati a supporto di questa pratica, in particolare se abbiamo bisogno di utilizzare agenti vasopressori per raggiungere questi obiettivi MAP più elevati e l'esatto target MAP in questi pazienti è sconosciuto.

Questa mancanza di monitoraggio in tempo reale della perfusione renale è in netto contrasto con il monitoraggio vigile del cervello durante la cardiochirurgia. Ossimetri cerebrali che vengono abitualmente utilizzati per misurare la saturazione di ossigeno cerebrale, sistemi Doppler transcranici per misurare il flusso sanguigno cerebrale ed EEG per misurare l'attività cerebrale. Spesso si sostiene di utilizzare il cervello come organo indice per un'adeguata perfusione al resto del corpo, ma durante i periodi di instabilità emodinamica, la perfusione cerebrale viene preservata a scapito di altri organi. Si ritiene che il limite inferiore di autoregolazione del cervello (la PA al di sotto della quale il flusso sanguigno diventa dipendente dalla pressione sanguigna) sia una PA di 50-55 mmHg. [20, 21] Sebbene il numero esatto negli esseri umani non sia stato determinato e un'adeguata pressione arteriosa per la perfusione renale sia ampiamente dibattuta, il limite inferiore di autoregolazione per il rene è probabilmente significativamente più alto del cervello. Le desaturazioni cerebrali, quindi, possono essere specifiche per una scarsa perfusione ad altri organi come i reni e l'intestino, ma probabilmente non sono sensibili a questi cambiamenti.

Un'adeguata perfusione renale è molto più complicata della semplice misurazione del flusso ematico renale o dell'ossigenazione venosa renale. Grossolanamente il rene ha tre aree anatomiche: la corteccia renale dove viene eseguita la maggior parte della filtrazione, il midollo renale dove l'urina è attivamente concentrata e la pelvi renale dove viene raccolta l'urina. Circa ¼ della nostra gittata cardiaca va ai nostri reni e la maggior parte perfonde la corteccia per la filtrazione. Al contrario, il midollo riceve solo un limitato afflusso di sangue. Questo combinato con l'elevata attività metabolica della midollare renale si traduce in un ambiente midollare relativamente ipossico con una pO2 normale di 10-20 mmHg e una riserva di ossigeno molto ridotta. L'ipossia midollare può essere una conseguenza della diminuzione dell'apporto di ossigeno o dell'aumento del consumo di ossigeno ed è uno dei principali determinanti dell'AKI e della malattia renale cronica. L'ambiente relativamente ipossico della midollare renale e il suo ruolo nella lesione renale suggeriscono che le misure globali dell'ossigenazione venosa sistemica attraverso un catetere venoso centrale o anche l'ossigenazione venosa renale attraverso un catetere venoso renale invasivo possono essere dei monitor scadenti di un'adeguata perfusione renale. Il monitoraggio più ideale dell'ipossia renale e del danno renale sarebbe una misura dell'ossigenazione midollare.

A causa della vicinanza fisica dei vasa recta nella midollare renale con i dotti collettori urinari, la tensione midollare dell'ossigeno è più strettamente correlata alla tensione dell'ossigeno urinario rispetto all'ossigenazione venosa renale. La tensione midollare dell'ossigeno è stata misurata in modo invasivo negli studi sugli animali ed è correlata sia all'urina pelvica renale che all'ossigenazione urinaria della vescica. Nei suini, è stato dimostrato che l'ossigenazione urinaria della vescica diminuisce con l'aumentare dei gradi di ipossiemia ed emorragia, quindi ripristinata con la rianimazione. È stato riscontrato che questi cambiamenti procedono ad altri cambiamenti emodinamici globali e all'aumento del deficit di base o dell'acidosi lattica. In un modello ovino di sepsi, sia l'ossigeno midollare che quello urinario erano diminuiti e il ripristino della pressione arteriosa sistemica con noradrenalina riduceva ulteriormente la tensione dell'ossigeno sia nel midollo renale che nelle urine. Sia la tensione dell'ossigeno urinario midollare che quella pelvica diminuiscono significativamente con l'insorgenza del CPB nei suini, aumentando gradualmente dopo la cessazione del bypass ma rimanendo inferiori ai livelli pre-CPB, suggerendo che l'emodinamica del CPB può essere un contributo significativo allo sviluppo di AKI nella cardiochirurgia.

Nel 1996 Kainuma et al. posizionato un elettrodo di ossigeno all'interno del catetere urinario di 96 pazienti sottoposti a cardiochirurgia con CPB. Nella loro configurazione, c'erano 20 ml di spazio morto tra la punta del catetere e l'ossimetro. I campioni sono stati prelevati da un rubinetto vicino all'ossimetro ogni due ore per la calibrazione. Hanno trovato una marcata diminuzione della tensione di ossigeno nelle urine in tutti i pazienti durante il CPB. Alcuni pazienti hanno recuperato l'ossigenazione delle urine dopo CPB, ma nel 34% dei pazienti la tensione di ossigeno urinario ha continuato a diminuire dopo il bypass e questi pazienti hanno avuto un'incidenza significativamente più alta di AKI. Hanno concluso che il monitoraggio dell'ossigeno urinario può essere superiore ad altre misure più invasive di perfusione renale, ma ad oggi non è stato pubblicato alcun ulteriore lavoro sul monitoraggio dell'ossigeno nelle urine negli esseri umani durante la chirurgia cardiaca

La tecnologia a fibre ottiche è stata utilizzata in endoscopia per il rilevamento del cancro. Le misurazioni continue dei gas ematici sono state eseguite anche in pazienti sottoposti a bypass cardiopolmonare impiantando sonde di rilevamento dell'ossigeno in fibra ottica nella vena giugulare interna attraverso un catetere della linea centrale o nell'arteria radiale attraverso un catetere dell'arteria radiale. Le misurazioni continue dei gas ematici sono state eseguite anche in pazienti sottoposti a bypass cardiopolmonare impiantando sonde di rilevamento dell'ossigeno in fibra ottica nella vena giugulare interna attraverso un catetere della linea centrale o nell'arteria radiale attraverso un catetere dell'arteria radiale.

Più recentemente Evans et al. hanno posizionato una sonda di rilevamento dell'ossigeno in fibra ottica nella punta di un catetere urinario in 35 pazienti sottoposti a cardiochirurgia con bypass cardiopolmonare. Il loro progetto di studio era molto simile al nostro in quanto hanno posizionato una sonda di rilevamento dell'ossigeno a fibre ottiche nella punta di un catetere urinario. La differenza nel nostro design è che abbiamo creato una camera di flusso con al suo interno anche un sensore di ossigeno.

Quest'ultimo, speriamo, sarà strettamente correlato a quello nella punta del catetere urinario, ma sarà un approccio meno invasivo al monitoraggio dell'ossigeno nelle urine. Nel nostro studio, abbiamo in programma di posizionare due sonde di tensione dell'ossigeno in fibra ottica in un catetere urinario standard. La prima sonda verrà posizionata all'interno del catetere urinario e avvitata alla punta del catetere (sebbene ancora all'interno del catetere e non nel corpo) per misurare la tensione di ossigeno nell'urina della vescica. La seconda sarà una camera di flusso con un sensore di ossigeno a fibre ottiche e un sensore di flusso urinario al suo interno. Questa camera di flusso sarà posizionata tra il catetere urinario e il tubo di raccolta (vedi figura 1, allegata sotto "altri documenti"). Una valvola unidirezionale nella camera di flusso consentirà il passaggio dell'urina ma impedirà il riflusso dell'urina o dell'aria.

L'ipotesi è che un ossimetro a flusso attraverso la camera meno invasivo fornisca misurazioni simili alla fibra posizionata più prossimamente sulla punta del catetere urinario, che entrambi forniscano una misurazione affidabile dell'ossigenazione delle urine e che queste misurazioni prevedano l'acuta post-operatoria danno renale nei pazienti cardiochirurgici.