Acoplamento Fluxo-Metabolismo Cerebral Durante Cirurgia em Adultos

O cérebro é um órgão altamente metabólico ativo, que recebe aproximadamente 15% do débito cardíaco com um fluxo sanguíneo cerebral (FSC) normal de aproximadamente 50 mL/100 g/min. Em circunstâncias normais, o CBF está intimamente ligado ao metabolismo cerebral local. Um aumento da atividade metabólica cerebral de uma região do cérebro desencadeará um aumento correspondente do fluxo sanguíneo para essa região do cérebro. Por outro lado, uma redução da atividade metabólica cerebral levará a uma redução do fluxo sanguíneo. Esse fenômeno fisiológico rigidamente controlado é conhecido como acoplamento fluxo-metabolismo.

Acredita-se que o acoplamento fluxo-metabolismo seja um mecanismo protetor fisiológico de alimentação em que a atividade neuronal aumenta diretamente o CBF, correspondendo assim ao aumento do suprimento de energia. No caso de hipoperfusão cerebral (i.e. redução do FSC), os vasos cerebrais seriam dilatados em compensação e a fração de extração de oxigênio local (OEF) seria aumentada. Se a hipoperfusão cerebral persistir e estiver abaixo do limiar, a atividade das células cerebrais seria suprimida, resultando na redução da taxa metabólica cerebral (CMR) e da necessidade metabólica cerebral de oxigênio (CMRO2). Este mecanismo de acoplamento fluxo-metabolismo é bem estudado usando uma PET scan em voluntários saudáveis ​​e pacientes com condições patológicas. É importante ressaltar que essa propriedade fisiológica do metabolismo de fluxo em resposta à isquemia cerebral pode ser usada como um indicador precoce de isquemia cerebral durante a cirurgia. Em outras palavras, o monitoramento que indique uma queda repentina de CMRO2 ou aumento da PAO pode servir como um marcador precoce de isquemia cerebral. No entanto, devido a limitações técnicas, a detecção à beira do leito de tais mudanças fisiológicas sutis é um desafio, especialmente no intraoperatório. Além disso, muitos fatores fisiológicos, patológicos e farmacológicos podem afetar essa relação de acoplamento fluxo-metabolismo e, portanto, afetar a interpretação das alterações CMRO2/OEF como um indicador de isquemia cerebral. Estudos adicionais são necessários para abordar como os anestésicos podem confundir a interpretação.

Diferentes agentes anestésicos podem alterar o acoplamento fluxo-metabolismo de maneiras diferentes. A taxa metabólica cerebral é determinada por vários fatores, incluindo o estado funcional do sistema nervoso, drogas anestésicas e temperatura corporal. O efeito de drogas anestésicas individuais na RMC foi bem estudado. Em resumo, a maioria das drogas anestésicas suprime a RMC de maneira dose-dependente, com exceção da cetamina e do óxido nitroso (N2O). A supressão anestésica da RMC é impulsionada principalmente pela redução das atividades eletrofisiológicas. Estudos anteriores mostraram que vários anestésicos, incluindo barbitúricos, isoflurano, sevoflurano, desflurano, propofol e etomidato, podem aumentar as concentrações plasmáticas e causar supressão progressiva da atividade do EEG e redução concomitante da RMC.

Para complicar ainda mais a questão, durante a cirurgia, o anestesiologista deve manter uma pressão de perfusão cerebral adequada para garantir que haja FSC suficiente para atender às demandas metabólicas. A indução da anestesia geral está frequentemente associada a uma redução da pressão arterial média (PAM) e da pressão de perfusão cerebral, que é atribuível a uma diminuição do débito cardíaco (CO) e da resistência vascular sistêmica (RVS). Muitas condições intraoperatórias, como perda de sangue e posicionamento cirúrgico, podem comprometer ainda mais a pressão arterial do paciente e, portanto, o FSC. A fenilefrina e a efedrina são comumente administradas durante procedimentos neurocirúrgicos para neutralizar a depressão cardiovascular e tratar a hipotensão relacionada à anestesia. Estudos de espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) em pacientes anestesiados sugerem que a fenilefrina reduz a saturação regional de oxigênio cerebral (StO2) em comparação com a efedrina, apesar de um aumento acentuado na PAM. Os resultados desses estudos são conflitantes e apresentam várias limitações.

O NIRS há muito é reconhecido como um neuromonitor promissor devido à relativa transparência do tecido à luz na faixa do infravermelho próximo e à dependência da absorção de luz na oxigenação da hemoglobina, que fornece um método não invasivo de medição de StO2. Além disso, o NIRS é extremamente seguro, barato e fornece monitoramento em tempo real. Sistemas comerciais estão disponíveis e têm sido usados ​​para neuromonitoramento durante uma variedade de procedimentos cirúrgicos com risco associado de lesão cerebral, incluindo bypass da artéria coronária e endarterectomia carotídea.1,2 Apesar das vantagens do NIRS, sua precisão diagnóstica para detectar isquemia intraoperatória é controversa.3 Uma revisão sistemática recente concluiu que:

"NIRS tem baixa sensibilidade e alta especificidade para identificar isquemia intra-operatória... A contribuição do sinal extracraniano foi altamente variável." 4

Esta conclusão reflete as duas principais limitações dos sistemas NIRS comerciais. Primeiro, a relação entre StO2 e isquemia não é direta, pois o StO2 não depende apenas do FSC, mas também da demanda metabólica do tecido. Em segundo lugar, a absorção de luz no couro cabeludo e no crânio é a principal fonte de contaminação do sinal. De fato, mais de 80% do sinal NIRS tem origem nos tecidos extracerebrais, pois a distância da superfície da pele ao cérebro varia entre 1,0 a 1,5 cm. Como resultado, as alterações hemodinâmicas nos tecidos superficiais podem ofuscar os sinais relacionados ao cérebro. Devido a essas duas limitações, um limite específico de StO2 para identificar isquemia intraoperatória não foi estabelecido.

Nossa equipe tem desenvolvido tecnologias para lidar com as duas principais limitações dos sistemas NIRS comerciais. Com relação ao aumento da sensibilidade de profundidade, desenvolvemos um sistema (tr)NIRS resolvido no tempo que mede o tempo que os fótons levam para viajar através do tecido.5 Com base no princípio de que o tempo é igual à distância, a luz que interroga o couro cabeludo e o crânio é registrada antes da luz que atinge o cérebro.

Para fornecer monitoramento contínuo do fluxo sanguíneo, combinamos o trNIRS com uma tecnologia óptica complementar conhecida como espectroscopia de correlação difusa (DCS). Em vez de medir a absorção de luz, o DCS mede as flutuações temporais do sinal causadas pelo movimento dos dispersores de luz, que no tecido é dominado pelo fluxo sanguíneo da microvasculatura (ou seja, perfusão tecidual).8 Como o NIRS, o DCS pode ser afetado por alterações de sinal no tecido superficial, embora tenha a vantagem intrínseca de que o fluxo sanguíneo é consideravelmente maior no cérebro em comparação com o couro cabeludo (~ 5:1).9 Para separar as duas contribuições de sinal, nosso sistema adquire dados em duas distâncias fonte-detector: uma distância curta para monitorar o fluxo sanguíneo do couro cabeludo e uma distância maior com maior sensibilidade para CBF.10 Anteriormente, usamos o DCS para monitorar a estabilidade do CBF em bebês prematuros durante nos primeiros dias de vida e durante a cirurgia cardíaca.11,12 Um artigo recente investigando o uso de DCS para monitorar o FSC durante a endarterectomia carotídea relatou uma redução média na perfusão de 57% com pinçamento13.

Nosso híbrido trNIRS/DCS, que é mostrado, tem a capacidade de medir CBF e StO2 simultaneamente. Com essa combinação, o metabolismo do oxigênio no cérebro, conhecido como taxa metabólica cerebral de consumo de oxigênio (CMRO2), pode ser calculado combinando as duas medições.

Com base nessa nova técnica desenvolvida à beira do leito, planejamos avaliar como CBF e CMRO2 mudam sob anestesia geral e suas respostas à fenilefrina e efedrina durante a hipotensão.

Todos os participantes do estudo serão recrutados e consentidos de acordo com as diretrizes éticas locais. Os anestesiologistas e cirurgiões assistentes não serão cegados devido à natureza da intervenção. No entanto, os pacientes e avaliadores de resultados serão cegos quanto à intervenção de tratamento. Todos os pacientes receberão cuidados anestésicos padrão e o manejo cirúrgico e anestésico dos pacientes será conduzido de maneira padrão e não será alterado neste estudo. A anestesia será induzida com fentanil de 1-2 mcg/kg, propofol de 1,5-3 mg/kg, rocurônio de 0,6-0,9 mg/kg. Pressão arterial automática, eletrocardiografia, oximetria de pulso, capnografia, temperatura esofágica, oxigênio inspirado e expirado e concentração de CO2 serão monitorados. Ventilação controlada com 50% de oxigênio no ar será aplicada e os níveis expirados de CO2 serão mantidos em 35-40 mmHg. A saturação de oxigênio é mantida acima de 96%. A FiO2 pode ser aumentada se ocorrer dessaturação arterial. A temperatura corporal será mantida acima de 36 ℃. Após a cirurgia, os pacientes serão extubados e transferidos para a SRPA. A profundidade da anestesia será continuamente monitorada pelo índice bispectral (BSI) ou pelo índice de estado do paciente (PSI).

Todos os pacientes serão monitorados pelo dispositivo trNIRS/DCS desde a indução da anestesia até a conclusão da cirurgia. O sensor NIRS será colocado na testa do paciente.

Antes da indução da anestesia, os parâmetros hemodinâmicos e metabólicos cerebrais pré-operatórios, como ScO2, CBF, CMRO2, OEF, serão medidos por 1 minuto. O monitoramento será continuado durante a indução anestésica e a intubação traqueal. Após a indução anestésica, serão obtidos os parâmetros hemodinâmicos e metabólicos cerebrais pós-indução.

Após a intubação traqueal com via aérea assegurada, agentes de manutenção e vasopressores serão administrados de acordo com o grupo alocado. Os quatro grupos alocados possíveis são os seguintes:

Grupo 1: Manutenção do anestésico à base de propofol com fenilefrina usada como vasopressor Grupo 2: Manutenção do anestésico à base de propofol com efedrina usada como vasopressor Grupo 3: Manutenção do anestésico à base de sevoflurano com fenilefrina usada como vasopressor Grupo 4: Manutenção do anestésico à base de sevoflurano com efedrina usada como vasopressor

Agentes de manutenção

• Para o grupo propofol, o paciente receberá propofol como agente de manutenção durante a cirurgia. A dose típica é de 150-200 mg/kg/min.
• Para o grupo sevoflurano, o paciente será mantido com 1 CAM de sevoflurano durante a cirurgia.
• Tanto o propofol quanto o sevoflurano são agentes de manutenção comumente usados, e a profundidade da anestesia será mantida em PSI de 30-40 (intervalo normal de 25-50), independentemente da escolha dos agentes. Os anestesiologistas usam ambos os agentes com frequência e, em nossa prática diária, a escolha dos agentes anestésicos é baseada principalmente na preferência pessoal, com exceção de pacientes com contraindicações específicas, como hipertermia maligna ou alergia a medicamentos.

Agentes vasopressores

• Para o grupo fenilefrina, o paciente receberá infusão de fenilefrina como vasopressor primário de escolha.
• Para o grupo efedrina, o paciente receberá infusão de efedrina como vasopressor primário de escolha.
• O vasopressor só será administrado para manter a PAM entre 0-20% acima da linha de base. Na prática da anestesia geral, a efedrina e a fenilefrina podem ser administradas como injeção em bolus ou infusão. Neste estudo, um regime de infusão é usado devido à necessidade de manter uma pressão arterial estável durante medições repetidas da hemodinâmica cerebral em estado estacionário em cada grupo. Em pacientes com hipotensão refratária, apesar da infusão de fenilefrina ou efedrina, outros vasopressores ou inotrópicos serão usados. Para pacientes que não receberam nenhum vasopressor (por exemplo, sem hipotensão durante toda a cirurgia) ou que recebem vários tipos de vasopressores, analisaremos seus dados usando uma abordagem de intenção de tratar e conforme o protocolo.

Os resultados neurológicos dos pacientes na sala de recuperação pós-anestésica (SRPA) também serão coletados por meio de exame físico de rotina.