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PROTECCIÓN CEREBRAL EN LA HIPOTERMIA PROFUNDA Y PARO CIRCULATORIO EN NEONATOS Y LACTANTESMaria Helena L. Souza** Perfusionista. Consultora en Tecnología Extracorpórea. Rio de Janeiro - Brasil Miniconferencia presentada en el IV Congreso Latinoamericano de Tecnología Extracorpórea. Noviembre 2001. Mérida, Mexico. |
ABSTRACT
Cardiopulmonary bypass with deep hypothermia subject neonates small infants to extreme biological conditions. Several factors can produce severe changes on cerebral blood flow and its regulation.
Deep hypothermic circulatory arrest or deep hypothermic low flow perfusion have both been associated with neurological and neuropsiquiatric late changes in operated neonates and infants.
Alpha-stat and pH-stat strategies habe both been associated with long term neurological sequelae.
There is a need to develop methods of cerebral protection capable of avoiding late development of meurological and neuropsiquiatric alterations in children operated early in life.
Rev Latinoamer Tecnol Extracorp 9,1,2002
RESUMEN
La perfusión de neonatos y lactantes con hipotermia profunda, expone a esos niños a situaciones biológicas extremas. Una diversidad de factores producen cambios severos en la regulación y en el flujo sanguíneo cerebral.
La circulación extracorpórea con hipotermia profunda y paro circulatorio o con bajo flujo ha producido alteraciones neurologicas y neuropsiquiatricas que surgen durante el desarollo de los niños.
Las estrategias alfa-stat o pH-stat ambas suelen producir lesiones de la esfera neurologia en el largo plazo.
Se necesitam métodos de protección cerebral capaces de evitar el aparecimiento de lesiones neurologicas y neuropsiquiatricas durante el desarollo y el crecimiento de los niños operados precozmente.
La aplicación de las técnicas de circulación extracorpórea e hipotermia profunda, con o sin asociación de paro circulatorio, a partir de los años setenta, permitió realizar la corrección completa de diversas cardiopatias congenitas en neonatos y lactantes, en substitución a las intervenciones paliativas. Y, como consecuencia de diversos perfeccionamientos, los ultimos años testimoniaron la progresiva reducción de la mortalidad en esos procedimientos.
La protección del sistema nervioso central o, más precisamente, la protección del cerebro, se torno la principal preocupación de todos los que tratan a esos pequeños pacientes. Existe una inquietante incidencia de alteraciones neurologicas y neuropsiquiatricas que, en determinadas circunstancias, pueden afectar entre ¼ y casi la mitad de los pacientes operados. Muchas de estas alteraciones son leves y aparentemente reversibles, mientras que otras pueden influir en el desarrollo físico e intelectual de esos niños.
Vamos a revisar los principales aspectos relacionados a la protección cerebral, en la circulación extracorpórea con hipotermia profunda, en neonatos y pequeños lactantes y analizar sus resultados inmediatos y tardíos, desde el punto de vista de las complicaciones neurológicas y neuropsiquiátricas.
La hipotermia, a pesar de constituir un estado de profunda anormalidad en el ser humano, siempre fue utilizada en la circulación extracorporea neonatal y de pequeños lactantes como el complemento mas eficaz, para proteger la estructura y la función de los organos, contra los efectos de la isquemia.
Los estudios del metabolismo y la experiencia clínica demostraron que el cerebro es el organo con menor tolerancia a la hipoxia o a la isquemia, en cualquier temperatura. De ese modo, cualquier metodo capaz de ofrecer protección al cerebro, también debera proteger adecuadamente los demás organos de un individuo, de cualquier edad o peso.
Podemos, muy simplificadamente decir que la protección conferida por la hipotermia resulta de la reducción del metabolismo celular, de la preservación de las reservas de fosfatos de alta energia y de la reducción del consumo de ATP (trifosfato de adenosina).
La ocurrencia de eventos neurologicos ha acompañado la cirugia y la perfusión de neonatos y pequeños lactantes, desde su inicio. Su aparecimiento, la mayoria de las veces, es aleatorio e imprevisible. En niños sometidos a la circulación extracorporea con hipotermia profunda con o sin paro circulatorio, pueden ocurrir alteraciones cerebrales de naturaleza aparentemente transitoria, o sea, las lesiones son reversibles; o pueden ocurrir lesiones de naturaleza permanente, o sea, las lesiones son definitivas o irreversibles.
Estas lesiones pueden ser leves, de difícil identificación, o pueden ser extensas, con consecuencias desatrosas para el futuro desarrollo de los pacientes.
La perfusión de neonatos y lactantes con hipotermia profunda, expone a esos niños a situaciones biológicas extremas. Las temperaturas del organismo alcanzan los 15-200C; las presiones de perfusión son bajas, del orden de 20-30 mmHg; Los flujos de perfusión varian mucho, desde los 100-200 ml/kg/min en las fases de enfriamiento y recalientamento, hasta el flujo cero, durante el paro circulatorio. También hay amplias variaciones del pH y del tenor de CO2. Todas estas alteraciones afectan substancialmente la regulación del flujo sanguineo cerebral. Probablemente, con la asociación de alteraciones metabolicas, como la hiperglucemia y la hipocalcemia, las funciones o las estructuras cerebrales pueden sufrir injuria temporaria o permanente.
En 1981, Stewart, Kirklin y colaboradores analizaran un grupo de niños operados y desarrollaron una ecuación de regresión que correlacionaba el tiempo de paro circulatorio hipotermico com la possibilidad de ocurrir eventos neurologicos Figura 1. Por estos datos, cuando el periodo de paro circulatorio era inferior a cuarenta (40) minutos, la probabilidad de que el paciente estuviera libre de un evento neurologico significativo era de prácticamente 100%. Al contrario, cuanto mayor la duración del paro circulatorio, tanto mayor eran las chances de haber complicaciones neurologicas.
Aproximadamente en la misma época, Clarkson, Barrat-Boyes y colaboradores evaluaron a un grupo de niños operados con hipotermia profunda y paro circulatorio. Los autores correlacionaron el tiempo de paro circulatorio y la temperatura de la nasofaringe con el cociente de inteligencia (QI) evaluado algunos años despúes de la cirugia Figura 2. No hubo una correlación muy fuerte. En pacientes con paro circulatorio inferior a cuarenta minutos, podemos observar que hubo cocientes de inteligencia (Qis) distribuidos en una amplia faja, entre 119 –61.Curiosamente, en el grupo sometido a un paro circulatorio de sesenta a sesenta y nueve minutos de duración, encontramos los valores extremos de cociente de inteligencia(QI) en los casos estudiados; el valor más bajo de cincuenta y dos(52) y el valor más alto de cientoveintinueve (129)
Poco más tarde, se recomendaron un conjunto de medidas para la CEC, destinadas a promover un enfriamiento lento del paciente y, de ese modo, obtener el enfriamiento más homogéneo del tejido cerebral. Eso deberia evitar gradientes termicos y metabolicos, entre las diversas regiones del cerebro.
Las principales medidas pueden ser así enumeradas:
Al mismo tiempo, algunos investigadores estudiaban las variaciones del flujo sanguineo cerebral y sus relaciones con el comportamiento del pH de la sangre arterial, en consecuencia de alteraciones del dioxido de carbono. Dos modalidades o estrategias de control del pH y del CO2 durante la hipotermia fueron individualizadas, a partir de modelos biologicos existentes en la naturaleza. Estas estrategias para controlar el pH fueron denominadas: alfa-stat y pH-stat.Figura 3
Los animales invertebrados, como las serpientes, por ejemplo, ajustan el tenor de íones hidrogeno, de acuerdo con la temperatura del ambiente. Cuando su temperatura cae el pH intracelular y el pH extracelular se elevan. Este comportamiento fue denominado alfa-stat.
Los mamiferos hibernantes, como el oso polar, por ejemplo, tienen un comportamiento diferente. El pH de la sangre permanece constante en 7,45 a cualquier temperatura, debido al aumento del CO2. Este comportamiento fue denominado pH-stat.
No sabemos si lo que es bueno para serpientes y osos también puede ser bueno para los neonatos y pequeños lactantes. Aún hay mucha controversia sobre la mejor estrategia para el control del pH.
Durante la hipotermia, en la estrategia alfa-stat, el pH aumenta de 0,0147 para cada grado centigrado de reducción de la temperatura. La PCO2 cae cerca de 4% por cada grado centigrado de reducción de temperatura. Así, cuanto más baja esté la temperatura, tanto más elevado será es pH y tanta más baja estará la PCO2 arterial.
La estrategia alfa-stat presenta una alcalosis respiratoria.
Las principales ventajas de la estrategia alfa-stat pueden ser así enumeradas:
1. preserva la neutralidad eletro-quimica intracelular
2. preserva las funciones enzimaticas
3. Mantienen la relación o el acoplamiento entre el flujo sanguineo cerebral y el
consumo de oxigeno, hasta los 23-240C
4. evita el exceso de flujo sanguineo cerebral
5. menor tendencia a la formación de edema
Desventajas: Fenomeno del "no-reflow" o retardo en la reperfusión cerebral, después de un periodo de paro circulatorio, causado por colapso capilar difuso.
La estrategia pH-stat consiste en mantener el pH constante y en torno de 7,45 a cualquier temperatura. Para mantener el pH constante, en la estrategia pH-stat, debemos añadir CO2 al gas instilado en el oxigenador. La PCO2 puede alcanzar valores elevados, del orden de 50-70 mmHg cuando la temperatura alcanza los 18-200C.
Las principales ventajas de la estrategia pH-stat pueden ser así enumeradas:
1. Produce acentuada vasodilatación cerebral
2. Aumenta el flujo sanguineo cerebral
3. Elimina el fenomeno del "no-reflow" o retardo en la reperfusión cerebral, después
de un periodo de paro circulatorio.
Y las desventajas de estas estrategias son:
Pérdida precoz del acoplamiento flujo-metabolismo (consumo)
Mayor producción de edema cerebral
Vamos ahora analizar los resultados inmediatos obtenidos con la circulación extracorporea e hipotermia profunda con paro circulatorio, desde el punto de vista de la incidencia de alteraciones neurologicas y neuro-psiquiatricas Figura 4.
En este pequeño grupo de 160 neonatos y lactantes de nuestra experiencia personal ocurrieron 32 óbitos y 32 complicaciones neurologicas en el postoperatorio inmediato.
Como la experiencia abarca un período largo, de diez años, hubo diversas modificaciones en las técnicas y en los aparatos utilizados. Además de esto, el diagnostico en todos los casos fue hecho por los equipos quirurgicos y de terapia intensiva. Eso, en general, permite detectar un menor numero de lesiones menos significativas.
La ocurrencia de lesiones neurologicas mostró la necesidad de evaluar la hipotermia profunda con bajo flujo de perfusión, en substitución al paro circulatorio.
El material más bien estudiado, desde el punto de vista de la evolución neurologica y
neuro-psiquiatrica, corresponde a los trabajos de Jonas y colaboradores, del Boston
Children"s Hospital. Estos autores estudiaran 171 neonatos y
pequeños lactantes operados entre Abril de 1988 y Febrero de 1992, para la corrección de transposición de las grandes arterias, por la operación de Jatene.
Un grupo de neonatos fue operado con hipotermia profunda y paro circulatorio mientras
que el otro grupo fue operado con hipotermia profunda y bajo flujo de perfusión.
Los resultados inmediatos indicaron que los niños operados con paro circulatorio
hipotermico presentaron:
1. Recuperación más lenta de la actividad cerebral de acuerdo al eletroencefalograma;
2. Mayor liberación de creatinoquinasis BB, un marcador especifico del tejido
cerebral;
3. Mayor incidencia de convulsiones, y
4. Mayor incidencia de alteraciones del eletroencefalograma.
El examen de esos niños con 1 año de edad mostró que los operados con paro circulatorio presentaron más alteraciones neurologicas. Además de eso, el desarrollo de las funciones motoras fue menor.
A los dos años y medio de edad los niños operados con paro circulatorio tuvieron más dificultades con la expresión verbal y su desarrollo motor fue más demorado y más pobre.
A los 4 años y medio de edad fue hecha una evaluación completa de ciento cincuenta y ocho niños del grupo, correspondientes a noventa y siete por ciento(97%) de los sobrevivientes Figura 5.
Un conjunto de tests procuró evaluar la inteligencia general de los niños. En los dos grupos, los operados con paro circulatorio y los operados con bajo flujo de perfusión, el desempeño global, el desempeño verbal y el cociente de inteligencia (QI)fueron más bajos que los indices obtenidos por niños de la misma edad de la población general, no operados. Los valores de los niños fueron reducidos y esa reducción fue significativa, como muestran los valores de p, en los tres itens de la figura 5.
Los tests de evaluación de la función motora, los tests de dominio del lenguaje, los tests de evaluación del habla y la evaluación general del desarrollo mostraron que en los dos grupos, el desempeño fue menor que el de la población general utilizada como control.
La evaluación neurologica minuciosa de los niños de los dos grupos a los cuatro años y
medio de edad mostró que:
1. cuarenta y dos niños (28%) presentaron anormalidades
neurologicas no muy bien caracterizadas que fueron denominadas de "posibles"
anormalidades;
2. cuarenta y cinco niños, o sea, (30%) presentaron anormalidades
neurologicas indiscutibles;
3. La mayoria de las anormalidades encontradas (87%) fueron consideradas leves o moderadas, y
4. Los niños que presentaron convulsiones en el postoperatorio inmediato tuvieron
más anormalidades neurologicas y mayor reducción del cociente de inteligencia.
Eso muestra que las convulsiones no son benignas como parecian hasta hace algún
tiempo.
Recientemente Bellinger, Jonas y colaboradores del Boston Children's Hospital publicaron los resultados de un estudio prospectivo y randomizado, de un grupo de 182 niños operados antes de los nueve meses de edad, con hipotermia profunda (180C en la membrana timpanica) y paro circulatorio, divididos en dos grupos, conforme la estrategia utilizada para el controle del pH, en grupo alfa-stat y grupo pH-stat Figura 6.
Ciento once niños fueron evaluados al completar un año de edad Figura 7. El indice de desarrollo psicomotor y el indice de desarrollo mental de los grupos alfa-stat y pH-stat fueron semejantes, como podemos observar en la diapositiva. El valor de p no fue significativo para los dos grupos de tests.
La comparación de los resultados de un conjunto de exámenes neurológicos no mostró diferencia significativa entre los grupos estudiados. Ambos grupos presentaron un desarrollo neurologico y neuro-psicologico idénticos.
El examen de los grupos de niños entre los dos y cuatro años de edad, otra vez mostró que en el conjunto de tests que evaluo el desarrollo general, los resultados fueron absolutamente idénticos Figura 8. Sólo uno de los tests que evalúan el comportamiento, mostró que los niños del grupo pH- stat presentaron una ligera tendencia a la depresión, mayor que en los niños del grupo alfa-stat. El significado práctico de este descubrimiento, con todo, aún es incierto.
Estos resultados se contraponen a los resultados del mismo grupo en estudios retrospectivos de pacientes operados entre 1983 y 1988, en que el curso postoperatorio fue mejor en los pacientes con la estrategia pH-stat.
Los operados con pH-stat tuvieron un mejor desarrollo neuro-psiquiatrico; presentaron una mejor incidencia de coreoatetosis y la morbidad postoperatoria fue menor. Con todo, el estudio actual, prospectivo evaluó grupos más homogeneos y utilizó un conjunto de tests más sofisticados, para detectar las alteraciones neuro-psiquiatricas.
Un aspecto que no ha sido debidamente considerado es el hecho de que el cerebro tiene una fase importante de desarrollo, que se procesa después del nacimiento Figura 9. Esta fase post- natal puede ir hasta los dos a tres años de edad, conforme ilustrado en la diapositiva, en que la línea vertical blanca representa el momento del nacimiento. Podemos especular que la circulación extracorporea y especialmente la hipotermia profunda pueden inducir alteraciones en el cerebro aún en desarrollo que contribuyen para el aparecimiento de los cuadros neurologicos y neuro=psiquiatricos observados a lo largo del desarrollo de los niños.
En conclusión, nosotros podemos decir que la cirugia cardiaca correctiva en los neonatos y pequeños lactantes es fundamental para salvar vidas que, de otro modo, se perderian y debe ser realizada, siempre que sea necesario. La circulación extracorpórea en estos pequeños pacientes concentra diversos factores capaces de producir injuria o disfunción cerebral, tales como, la duración de la perfusión, la profundidad de la hipotermia, la velocidad del enfriamiento, el tiempo de paro circulatorio, los fenomenos de reperfusión cerebral y la estrategia de manoseo del pH.
Podemos aún afirmar que la incidencia de complicaciones neurologicas tardias es elevada e inquietante. Felizmente la mayoria de las lesiones es de naturaleza leve o moderada y és detectada sólo por los tests más sofisticados. Hay, con todo, lesiones severas, capaces de comprometer seriamente el desarrollo de los niños. Son necesarios nuevos y más eficientes metodos de protección cerebral para la perfusión de neonatos y pequeños lactantes.
Podemos especular que niveles menores de hipotermia, como la hipotermia leve, por ejemplo, o hasta mismo factores adversos, incluso la reperfusión, podrian afectar menos significativamente el tejido cerebral aún incompletamente desarrollado, en esos pequeños niños y, de este modo, contribuir para una mejor evolución neurologica y neuro- psiquiatrica.
Esto, sin embargo, representa sólo una hipotesis, y no un argumento científico comprovado, por lo menos hasta el momento presente.
1. Souza MHL, Elias DO. Evolução neurológica de neonatos operados com hipotermia profunda. Rev Latinoamer Tecnol Extracorp 7,4,2000.
2. Elias DO, Souza MHL, Lacerda BS, Fagundes FES, Lino FJS, Tirboschi M. Injúria orgânica da circulação extracorpórea nos três primeiros mêses de vida. Rev Bras Cir Cardiovascular 5, 1-8, 1990.
3. Stewart RW, Blackstone E, Kirklin JW. Neurological dysfunction after cardiac surgery. In Parenzan L, et cols. Congenital Heart Disease in the First Three Months of Life. Medical and Surgical Aspects. Bologna, Italy, Patron Ed. 1981.
4. Clarkson PM, MacArthur BA, Barratt-Boyes BG, et cols. Developmental progress following cardiac surgery in infancy using profound hypothermia and circulatory arrest. Circulation, 62:855, 1980.
5. Hedwig H, Hovels-Gurich, Seghaye, et cols. Neurodevelopmental outcome related to cerebral risk factors after neonatal arterial switch operation. Ann Thorac Surg71, 881-8, 2001.
6. Priestley MA, Golden JA, O'Hara IB, et al. Comparison of neurologic outcome after deep hypothermic circulatory arrest with alpha-stat and pH-stat cardiopulmonary bypass in newborn pigs. J Thorac Cardiovasc Surg 121; 336-343, 2001.
7. Bellinger DC, Wypij D, du Pleiss AJ et cols. Developmental and neurologic effects of alpha-stat versus ph_stat strategies for deep hypothermic cardiopulmonary bypass in infants. J Thorac Cardiovasc Surg 121, 374-383, 2001.
