Revista Latinoamericana de Tecnología Extracorpórea

Para investigar si la liberación de endoxinas durante el bypass cardiopulmonary ( BCP ) está influenciada por factores relacionados con la perfusión, se determinó la concentración de entoxinas antes, durante y después del BCP en 21 pacientes del sexo masculino (edad entre 45 a 75 años) sometidos a cirugia de bypass coronario. Asi mismo se midieron algunos parámetros hemodinámicos y la presión oncótica.

Se observó un aumento significativo de la concentración de endotoxinas después de iniciado el BCP (p<0,005), antes de desclampear la aorta(p<0,05) y después de desclampear la aorta(p<0,05). La concentración media de endoxinas una vez finalizado el BCP fue de 0,264 EU.ml-1 (rango 0,036 a 0,480 EU.ml-1). La concentración de endoxinas contenidas en el priming no contribyó a este aumento. Se encontró una correlación positiva entre la presión arterial una vez comenzado em BCP y la concentración de endotoxinas 10 minutos después (r= 0,58, p<0,01), y entre la duración del clampeo aórtico y la concentración de endotoxinas luego de finalizado el BCP (r= 0.64, p< 0,01). La presión arterial, la duración del clampeo aórtico y la disminución de la presión oncótica durante el BCP impresionan como variables independientes en un modelo de regresión múltiple que predice la concentración de endotoxinas luego del BCP.

Concluimos que en pacientes a los que se los somete a cirugia de revasculatización miocárdica, se puede demonstrar una fase temprana de liberación de endotoxinas atribuibles a la vasocontricción inicial, la duración del clampeo aórtico y la hemodilución hipo-oncótica.

A pesar de los conocimientos adquiridos en los últimos diez años acerca de la fisiopatologia del bypass cardiopulmonar, la utilización de circuitos con poca biocompatibilidad aún contribuye a la mortalidad y mrbilidad de la cirugia cardiaca [1,2] . La exposición de la sangre a superficies artificiales es la condición patológica primária que produce activación del mecanismo de defesa del organismo durante el BCP [3]. La respuesta inflamatoria sistémica es perjudicial para el organismo y lleva al "síndrome posperfusión", que consiste en aumento de la permeabilidad capilar, baja resistencia periférica, hipotensión, hupertermia, aumento del volumen minuto cardíaco, disfunción pulmonar y edema tisular [2,4] . Las causas posibles de la formación de edema pueden atribuirse a la dilución de los componentes plasmaticos al comienzo del BCP y al incremento de la permeabilidad microvascular inducida por mediadores inflamatorios [3,5] . Se debe mencionar también que durante el BCP , la isquemia de la mucosa intestinal puede permitir el pasaje de endotoxinas a la circulación [6,9].

Las endotoxinas son lipopolisacáridos de las membranas externas de bactérias Gram- negativas.

La aparición de endotoxinas en la circulación desencadena la síntesis y liberación de mediadores, como las citoquinas, que producen y regulan una reacción inflamatoria sistémica [10]. El objetivo de este trabajo fue el de identificar que factores del BCP, tal como se utiliza diariamente, contribuyen a la liberación y pasaje a la circulación de endoxinas, así como cuáles eran susceptibles de ser evitados.

Junto con la determinación de la concentración de endoxinas, se midieron antes, durante y después del BCP, algunas variables hemodinamicas, la presión coloideo-osmótica (PCO) y la hemodilución.

Veintiún pacientes varones a los que se les efectuó cirugia de revasculatización miocárdica conformaron el grupo en estudios. Todos los pacientes hicieron un postoperatorio sin complicaciones. 16 pacientes recibieron un bypass con la arteria mamaria. Las caracteristicas de los pacientes y los datos quirúrgicos se indican en la Tabla 1.


TABLA 1 - Población y datos quirúrgicos

	mediana	rango
Edad (años)	58	48-74
Talla (cm)	176	163-187
Peso (kg)	79	64-110
Presión de fin de diástole del VI (mmHg)	12	4-20
Duración del bypass cardiopulmonar (minutos)	93	51-150
Duración del clampeo aórtico (minutos)	66	33-107
Número de anastomosis distales	3	1-6

Los criterios de inclusión fueron: una presión de fin de diástole por debajo de 20mm de Hg y una fracción de eyección por encima de 40% y el no haber ingerido aspirina o cualquier otra droga anti-inflamatoria durante 7 dias previos a la cirugia. Los pacientes no debian tener ninguna otra patologia, salvo su insuficiencia coronaria, Se obtuvo el consentimiento informado de cada paciente y el estudio fue aprobado por el Comité de Etica Médica del Hospital de la Universidad Libre.

En el dia de la cirugia los pacientes recibieron su dosis habitual de medicación antianginosa y 5 mg de lorazepam. La inducción anestésica fue realizada con fentanyl endovenoso 0,3 ug.kg-1 , bromuro de pancuronio 0,1 mg.kg-1 y diazepam 0,1 mg.kg-1 , el mantenimiento de la anestsia se realizó con dosis suplementarias de estas drogas. Los pacientes fueron intubados y ventilados para mantener normocapnia utilizando una mezcla de oxigeno y aire. Para tomar mediciones hemodinamicas y muestras de sangre se colocó un catéter en la arteria radial y un catéter de termodilución en la arterial pulmonar. La profilaxis infecciosa se realizó con cefuroxim 1.500 mg por via endovenosa.

El circuito extracorporeo estuvo compuesto de un reservorio venoso cerrado, una bomba de rodillos, un oxigenador de membranas de silicona ( Ultrox-1 , Avecor, Plymouth, MN, U.S.A.), un filtro arterial (Baxter, Irvine, CA, U.S.A.), un reservorio de cardiotomia y un circuito de tubos de polivinilo. El volumen del cebado fue de 2.350 ml compuesto por: 2.000 ml de solución de Ringer Lactato, 200 ml de albúmina humana al 20% (CLB, Amsterdam, Netherlands), 100 ml de manitol al 10%, 50 ml de bicarbonato de sodio al 8,4% y 5.000 IU de heparina de púlmón bovino. Para realizar el BCP subtotal se empleó una técnica de cánula en la aorta ascendente y una cánula venosa única en la aurícula derecha. Después de la heparinización sistémica (300 IU,kg-1 ) se comenzó el BCP siempre que el tiempo de coagulación activado superase los 400 segundos. El flujo no púlsatil fue mantenido a 2,2 - 2,4 l / min-1/ m2 y los pacientes fueron enfriados hasta una temperatura nasofaríngea de 29-30oC. Luego del clampleo de la aorta todos los pacientes recibieron cardioplegia cristaloide anterógrada con potasio alto, enfriada a 40 C, como protección miocádica. El balance ácidobase fue mantenido según el concepto alfa-stat. Durante el BCP se mantuvo un hematocrito del 23%. En todos los pacientes se discontinuó el BCP utilizando dopamina 2 mg. kg.-1, min-1 y nitroglicerina 0,5 mg.kg-1.min-1 o dosis más altas cuando era necesario. Una vez finalizado el BCP, la heparina fue neutralizada utilizando una dosis igual de sulfato de protamina.

Bajo condiciones libres de pirógenos se recolectó 8 ml de sangre en tubos anticoagulados con heparina ( 50 IU.ml-1 de sangre) (Movette, Sarstedt, Numbrecht, Alemania) e inmediatamente colocados en un contenedor con hielo picado. Estos tubos fueron procesados para obtener plasma rico en plaquetas y luego guardados a -70oC en tubos de polistireno ( falcon 2063, Oxnard, CA, U.S.A). Las concentraciones de endotoxinas fueron ogtenidas utilizando un análisis optimizado basado en la activación dependiente de los liposacáridos de un lisado de amebocitos Limulus (LAL) y una subsecuente medición cromogénica del LAL activado ( Coastest Endotoxin, Kabi-Chromogenix, Molndal, Suecia) como ya fuera descripto amteriormente11 . La concentración de endotoxinas se expresa como unidades de endotoxinas por ml de plasma rico en plaquetas (EU. ml-1, donde 0,012 unidades de endoxinas equivalen a un picogramo de endotoxina. Este análisis tiene un límite de detección de 0,036 EU. ml-1. Las concentraciones de endotoxinas no fueron corregidas para la hemodilución. Se definió como positiva las concentraciones de endotoxinas por encima de 0,060 EU. ml-1 . Las muestras de sangre fueron extraídas de la línea arterial antes de la cirugia, 10 minutos después de haber empezado el BCP, 5 minutos antes de desclampear la aorta, 10 minutos después de desclampear la aorta y cuando terminó el BCP. También se extrajo una amuestra de la soclución del cebado del circuito extracorpóreo inmediatamente antes de conectarlo al paciente.

Se utilizó un osmómetro de membrana (Onkometer BMT 921, BMT Messtechnik GmBH, Berlin, Alemania) que posee un corte nominal de peso molecular de 20.000 Dalton para medir la presión coloideo-osmótica de la sangre entera anticoagulada con etilenedinitrotetra-acetato . Las muestras arteriales fueron tomadas antes de la cirugia, 10 minutos después de haber comenzado el BCP y luego de terminar el BCP. Los valores son presentados como la media de 3 muestras subsecuentes para cada medición.

Las mediciones del hematocrito fueron determinadas en los mismos momentos que la presión coloideo-osmótica. Se registró la presión arterial media (PAM, mmHg) antes y después de iniciado el BCP (antes del clampeo aórtico) y luego de finalizado el BCP. Se realizaron determinaciones de presión pulmonar enclavada (mmHg) y volumen minuto cardíaco (termodilución, l.min-1 , m-2) antes y después del BCP.

Los resultados de las mediciones fueron archivados y analizados utilizando un software de computación (Statview 4,02, Abacus Concepts, Berkeley, CA, USA). El teste de Wilcoxon fue utilizado para detectar la diferencia entre las muestras. El grado de asociación entre las variables fue valorado utilizando el test de correlación de Spearman (Rg). Un análisis de regresión por pasos fue utilizado para identificar las variables que podróan predecir los niveles de endotoxina al final del BCP.

Una p<0,05 se consideró como significativa. Los valores se presentan como valores promedio con su rango.

Las concentraciones de endotoxinas son presentadas en la figura 1. Antes de la cirugia 2 las 21 muestras de sangre dieron resultados positivos para concentraciones de endotoxinas (0,084 y 0,114 EU. ml-1). La curva típica de liberación de endotoxinas en la circulación está indicada por las concentraciones medias en la figura 2., y esta curva fue observada en todos los pacientes. Sin embargo, la concentración real de endotoxina varió extensamente entre los distintos pacientes.

Figura 1 y Figura 2. De los 21 líquidos de cebado, 12 tenían niveles de concentración de endotoxina mayores de 0,036 EU.ml-1 (media 0,089 EU ml-1 ) , con un rango entre 0,036 a 0,426 EU.ml-1 ). No hubo correlación entre la concentración de endotoxinas en la solución de cebado del circuito y los niveles de endotoxinas en la sangre de esos pacientes durante el BCP. Alguno de los pacientes, con las concentraciones más altas de endotoxina antes del desclampeo aórtico, no tenían niveles de endotoxina detectable en el líquido de cebado. Por el contrario, la cantidad de unidades de endotoxina detectada en el líquido de cebado fue menor (p<0,05) que la cantidad de unidades de endotoxina circulante detectada en el plasma durante el clampeo aórtico.

Los resultados del hematocrito, de las variables hemodinámicas y de la presión coloideo- osmótica se muestran en la tabla 2.


TABLA 2 - Resultados de hematocrito, variables hemodinámicas y presión coloideo-osmótica

	Antes BCP		10' de BCP		Después de BCP
	mediana	rango	mediana	rango	mediana	rango
Hematocrito	41	34 - 47	24*	21 - 27	24*	14 - 28
PAM (mmHg)	81	55 - 104	69*	39 -91	80#	60 - 115
PCWP (mmHg)	9	0 - 17			10	5 - 17
CO (l.min-1)	4	2,6 - 6,6			6,5*	4,1 - 11
PCO (mmHg)	19,6	14,4 - 27	11,6	9,9 - 16,4	13,4*#	7,2 - 18,7
*p<0,01 comparado con valores pre BCP, #p<0,05; comparado con valores 10' de BCP; CO = Volumen Minuto, PCO = presión coloideo-osmótica, PAM = presión arterial media, Wedge = presión capilar pulmonar.

La presión coloideo-osmótica de la solución de cebado fue de 5,1 mmHg. Se encontró una correlación positiva (Rg= 0,58, p< 0,01) entre la presión arterial media después de empezar el BCP y las concentraciones de endotoxina 10 minutos después (figura2). Además, las concentraciones de endotoxina al finalizar el BCP se correlacionaron (Rg= 0,64, p< 0,005) con la duración del clampeo aórtico (Figura 3).

Para identificar las variables que influenciaron las concentraciones de endotoxina, luego de finalizado el BCP, se realizó un análisis de regresión por pasos con las siguintes variables independientes: edad del paciente, altura y peso, duración de la isquemia (tiempo del clampeo aórtico), presión coloideo-osmótica y presión arterial media. El analisis arrojó un modelo de regresión con 3 variables predictivas: presión arterial media después de comenzado el BCP, duración del clampeo aórtico y disminución de la presión coloideo- osmótica (Tabla3).


TABLA 3 - Modelo de Regresión

	coeficiente	error standard	significación
Constante	-0,523	0,184	0,016
PAM 10' BCP	0,004	0,002	0,021
Tiempo de Clampeo Aórtico	0,005	0,001	<0,001
*PCO	0,024	0,009	0,017
ETX = -0,523 + 0,004 (PAM) + 0,005 (XBCP) + 0,024 (PCO). (r = 0,85, p - 0,002, error standard del estimado = 0,079). ETX = Concentración de endotoxina predecida para después BCP, PAM - presión arterial media 10' de BCP (mmHg), XBCP = duración del clampeo aórtico (min), PCO = descenso en la presión coloideo-osmótica desde precirugía al final BCP (mmHg.).

Nuestro estudio demuestra claramente que pueden ser detectados niveles sustancialmente elevados de endotoxinas durante el BCP y una vez finalizado el BCP en todos los pacientes sometidos a la cirugia coronaria. La concentración de endotoxina al final del BCP ha estado determinada por la vasoconstricción inicial, la duración del clampeo aórtico y el grado de hipo-oncogenicidad durante el BCP. La curva de liberación de endotoxina que nosotros observamos durante el BCP soporta la hipótesis de una liberación endógena de endotoxinas más que una causa ambiental como ha sido sugerida por otros investigadores [6] . La endotoxina detectada en algunos de los líquidos del cebado fue siempre menor que la cantidad de endotoxina encontrada el la sangre de esos mismos pacientes durante el clampeo aórtico. Más aún, no hubo correlación entre la concentración de endotoixinas del líquido de cebado y los niveles de endotoxinas durante el clampeo aórtico. Un segundo argumento que soporta la idea de una causa endógena de liberación de endotoxinas es la correlación positiva entrea la presión arterial media luego de iniciado el BCP y la concentración de endoyoxinas 10 minutos después. Se supone que el incremento de la presión arterial representa un aumento de la resistencia periférica como consecuencia de una respuesta vasoconstrictora temprana o una falta de respuesta vasodilatadora cuando comienza el BCP [12] . La perfusión esplácnica disminuida causada por la vasoconstricción podria explicar la traslocación temprana de endotoxinas obsevada por nosotros [9] . Un tercer argumento que avala la teoría de una liberación de endotoxinas endógenas es la correlación positiva entre el tiempo de clampeo aórtico y la concentración de endotoxinas una vez finalizado el BCP, surgiriendo una traslocación continua de endotoxinas durante el procedimiento quirúrgico [7]. Finalmente, el brusco pasaje de endotoxinas a la circulación notado por nosotros después del desclampeo de la aorta es muy probable que se origine del conducto torácico como resultado de reiniciar la ventilación mecánica.

De acuerdo con el modelo estadístico, uno de los factores asociados con la endotoxemia es el estado hipo-oncótico durante el BCP. El desafio oncótico y dilucional al cual el paciente es enfrentado cuando se inicia la circualción extracorpórea, desencadena mecanismos homeostáticos del organismo. Las fuerzas de Starling producen desvíos de fluidos hacia el espacio intersticial en un intento para balancear los gradientes transmembrana de presión oncótica e hidrostática. La abrupta dilución de las proteinas séricas inducen una rápida transferencia de albúlmina dentro de la circulación con un desvio compensador de fluidos extravasculares [5,13,14,15]. La transferencia neta de fluido intravascular al compartimiento extravascular causa hipovolemia e intensifica la vasoconstricción periférica. La vasoconstricción esplácnica y la acumulación de fluido intersticial compromete el transporte de oxigeno local y puede producir isquemia de la mucosa intestinal y, como consecuencia, un pasaje de endotoxinas dentro de la circulación linfática-mesentérica [8,9].

Si estas endoxinas son reconocidas como inductoras de mediadores de la inflamación sistémica que contribuyen a la aparición de complicaciones postoperatorias, el siguinte paso deberia estar focalizado en el desbalance fisiologico como resultado de las técnicas actuales de BCP o, por el contrario, limitar la intensidad de la respuesta inflamatoria por alguna intervención farmacológica. Los agentes anti-inflamatórios como los corticosteroides y la aprotinina, han demonstrado en varios estudios clínicos que atnúan el síndrome post-perfusión [16,17,18]. La prevención farmacológica de la hipo-perfusión esplácnica por agentes vaso-dilatadores puede ser efctiva cuando el volumen de sangre es ajustado a la demanda de la circulación. La adecuación de la oxigenación tisular puede ser valorada indirectamente midiendo el pH intramucoso por tonometria [19]. Sin embargo, hasta la fecha no hay ningún método clinico aplicable para monitorizar con seguridad los cambios del volumen sanguíneo, lo que hace dificil de investigar los efectos de los vasodilatadores.

Nuestro modelo estadistico sugiere que es recomendable mantener la presión coloideo- osmótica dentro de un rango fisiológico, lo que permitiria una perfusión normovolemica del paciente durante el BCP. Los pacientes de talla corporal pequeña, que tienen un volumen circulante bajo, son más vulnerables cuando se los coloca en circulación extracorporea con baja onconicidad. La reducción del volumen circulante extracorporeo se puede conseguir reconsiderando los distintos componentes del circuito extracorporeo'Hoy en dia se pueden conseguir oxigenadores de bajo priming (200-250ml) que cumplen con las necesidades de una perfusión en adultos, asimismo, los circuitos diseñados ergonómicamente tienen como resultado un ahorro significativo de volumen. De esta manera, la reducción o aún la omisión de coloides en el líquido de cebado puede mentener una presión coloideo-osmótica fisiológica durante el BCP. El uso de albúmina o coloides artificiales, como almidones o gelatinas en el liquido de cebado aún hoy es una materia de controversia [20,21]. Aún no hay acuerdo acerca de los beneficios clinicos de estos productos comparado con un cebado de cristaloides exclusivamente como se demuestra en varios estudios prospectivos [22,23]. A pesar de las intervenciones para balancear los volúmenes circulantes intra y extra-corporeos, algunas intervenciones para mantener una perfusión íptima de los órganos, podrían incluir la perfusión normotermica y la perfusión con flujo pulsatil.

Este estudio sostiene fuertemente el concepto que la liberación de endoxinas durante el BCP tiene una causa endógena. La vasoconstricción inicial que aparece inmediatamente después de instituir el BCP, la duración del tiempo de clampeo aórtico y el grado de shok hipo-oncótico durante el BCP determinan el grado de endoxemia una vez finalizado el BCP. La mejoria de las técnicas relacionadas con la perfusión como son una perfusión normo-volémica y normo-oncótica, es probable que disminuyan o aún prevengan la liberación de endotoxinas durante la cirugia cardíaca y, por consiguinte, atenuar la reacción inflamatoria postoperatoria relacionadas con la endotoxemia.

To investigate whether the release of endotoxin during cardiopulmonary bypass (CPB) is determined by perfusion-related factors, endotoxin concentrations were determined before, during and after CPB in 21 male patients (age range 45 to 75 years) undergoing elective coronary artery surgery. Hemodynamic parameters and incotic pressure were also measured.

Significant increases in endoxin concentrations were observed after the start of CPB (p<0,005), before aortic cross-calmp release (p<0,05) and after aortic cross-clamp release (p<0,05). The median endotoxin concentration after cessation of CPB was 0,264 EU.ml-1 (range <0,036 - 0,480 EU.ml-1). Endoxin concentrations derived from the prime solutions were not contributory. Positive correlations were found between arterial pressure after the start of CPB and endoxin concentration 10 minutes later (r = 0,58, p<0,01) and between the duration of aortic cross-claping and the endotoxin concentrations after cessation of CPB (r =0,64, p< 0,005). Arterial pressure after the start of CPB, duration of aortic cross-clamping, and decrease in oncotic pressure during CPB appeared to be independent variables in a multiple regression model that predicts endotoxin concentrations after CPB.

We conclude that patients undergoing elective coronary artery bypass grafting, an early phase of endotoxin realease during CPB could be demonstrated, and that this due to vasoconstriction. The endotoxin concentrations after cessation of CPB were determined by early vasoconstriction, duration of aortic cross-clamping and hypo-oncotic hemodilution.

BIBLIOGRAFIA

1. Chenoweth DE, Cooper SW, Hugli TE, Stewart RW, Blackstone EH, Kirklin JW. Complement activation during cardiopulmonary bypass: evidence for generation of C3a and C5a anaphylatoxins. N Engl L Med 1981; 304: 497-503.

2. Kirklin JK, Westaby S, Blackstone EH, Kirklin JW, Chenoweth DE, Pacifico AD. Complement and the damaging effects of cardiopulmonary bypass. J Thorac Cardiovasc Surg 1983; 86: 845-57.

3. Butler J, Rocker GM, Westaby S. Inflammatory response to cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1993; 55: 552-9.

4. Westaby S. Organ dysfunction after cardiopulmonary bypass. A systemic inflammatory reation by the extracorporeal circuit.Intensive Care Med 1987; 13: 89-95.

5. Beattie HW, Evans G, Garnett EW, Weber CE: Sustained hypovolemia and extracellular fluid volume expansion following cardiopulmonary bypass. Surgery 1972; 71: 891-7.

6. Andersen LW, Baek L, Degn H, Lehd J, Krasnuk M, Rasmussen JP. Presence of circulating endotoxins during cardiac operations. J Thorac Cardiovasc Surg 1987; 93: 115-9.

7. Rocke DA. Graffin SL, Wells MT, Koen Y, Brock-Utime JC. Endotoxemia asociated with cardiopulmonary bypass. J Thorac Cardiovasc Surg 1987; 93: 832-7.

8. Merino P, Martinez A, Alvarez B et al. Gut decontamination in cardiopulmonary bypass. Clinical Intensive Care Supll. 1992; 3: (2): 4.

9. Andersen LW, Landow L, Maek L, Jansen E, Baker S. Association between gastric intramucosal pH and splanchnic endotoxin, and tumor necrosis factor-a concentration in patients undergoing cardiopulmonary bypass. Critical Care Medicine 1993; 21: 210-7.

10. Deventer van SJH, Buller HR, Cate ten JW, Aarden LA, Hack Ce, Sturk A. Experimental endotoxemia in humans: analisis of cytokine release and coagulation, fibrinolytic and complement pathways. Blood 1990; 76: 2,520-6.

LIBERACION DE ENDOTOXINAS DURANTE EL BYPASS CARDIOPULMONAR. FACTORES RELACIONADOS CON LA PERFUSION.